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車載信息娛樂(lè)系統(tǒng)中的電源設(shè)計(jì)（上）

2022-08-15 16:41 作者:MPS芯源系統(tǒng) 0人讀過(guò) | 我要投稿

概述

汽車車載信息娛樂(lè)系統(tǒng)，又稱車機(jī)，是基于車身總線系統(tǒng)和互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)而形成的車載綜合信息處理系統(tǒng)。近年來(lái)，隨著人們對(duì)駕駛、信息、娛樂(lè)、安全等各方面需求的提升，汽車的集成化、模塊化程度越來(lái)越高。這為車機(jī)系統(tǒng)的研發(fā)帶來(lái)新的挑戰(zhàn)，其中電源設(shè)計(jì)首當(dāng)其沖。

本文為汽車車機(jī)系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)系列文章之上篇，主要介紹一級(jí)電源和二級(jí)電源的特性，下篇將專門介紹環(huán)視攝像頭的電源解決方案以及通用的汽車USB連接端口。

車機(jī)的典型電源架構(gòu)如圖1所示。一般而言，系統(tǒng)MCU和CAN模塊通過(guò)一級(jí)LDO供電，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)和喚醒。兩個(gè)DC/DC變換器用于給主處理器核心板和其他外設(shè)模塊供電，諸如串行器、解串器和tuner IC等。攝像頭模組由獨(dú)立的供電單元供電。另外，還有專門的USB充電器IC為車機(jī)前面板的USB端口提供電力。

下面，我們來(lái)討論決定選型的一級(jí)電源和二級(jí)電源關(guān)鍵特性。

一級(jí)供電電源的特性

系統(tǒng)一級(jí)供電電源直接連接車載蓄電池，其重要性不言而喻。一方面，它需要承受來(lái)自車載蓄電池的各種極端瞬態(tài)工況，比如ISO7637-汽車電源線瞬態(tài)干擾抗擾性測(cè)試；另一方面，還需要滿足相應(yīng)的EMI測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，避免設(shè)備本身對(duì)蓄電池上的其他設(shè)備產(chǎn)生干擾。

MPS提供的頻率可調(diào)、同步降壓開關(guān)穩(wěn)壓器MPQ4436A可以滿足上述要求，其主要性能如下所列：

3.3V至45V的寬工作電壓范圍
6A連續(xù)輸出電流(IOUT)
18uA睡眠模式靜態(tài)電流(IQ)
內(nèi)置48 m?上管（HS-FET）/20m? 下管（LS-FET）MOSFET
支持頻譜擴(kuò)展功能（FSS）以實(shí)現(xiàn)低EMI
符合AECQ-100等級(jí)1認(rèn)證

更強(qiáng)的電源線抗擾能力

MPQ4436A的輸入電壓范圍(VIN)支持最高50V的耐受電壓。對(duì)于ISO7637中規(guī)定的Pulse 5a/b（Load Dump）測(cè)試，該器件對(duì)濾波后的殘壓留有較大的安全裕量。

MPQ4436A的輸入電壓可低至3.3V，寬工作電壓范圍可輕松應(yīng)對(duì)ISO7637中規(guī)定的Pulse 4(Cold Crank)測(cè)試。

圖2所示為ISO7637 pulse 5a/b（load dump）測(cè)試脈沖。

圖2: ISO7637 pulse 5a/b（load dump）測(cè)試脈沖

圖3所示為Pulse 4（cold crank）測(cè)試脈沖。

卓越的EMI性能

MPQ4436A在芯片設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了EMI的優(yōu)化，具體措施如下：

采用開關(guān)頻率(fSW)展頻技術(shù)。MPQ4436A采用頻率擴(kuò)展功能（FSS）來(lái)改善大電流下的EMI，它通過(guò)在開關(guān)頻率點(diǎn)附近加入±10%的頻率抖動(dòng)，大大降低了峰值EMI噪聲。
采用對(duì)稱引腳封裝設(shè)計(jì)。MPQ4436A?采用對(duì)稱的引腳封裝設(shè)計(jì)，同時(shí)合理布局高頻環(huán)路、VIN與GND，并對(duì)稱放置高頻電容以形成磁場(chǎng)抵消效應(yīng)。VIN、SW和OUT引腳的對(duì)稱布局如圖4所示。