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(多图) 汽车信息娱乐系统需要灵活和可配置的多输出电源IC

Nathan Hanagami?? 高级设计工程师;Steve Knoth?? 产品市场工程师;Marty Merchant?? 应用工程师;凌力尔特公司电源产品部?? 2013年08月30日 ?? 收藏0
现代技术进步,例如卫星广播、触摸屏、导航系统、蓝牙、高清电视、集成式手机、媒体播放器和视频游戏系统,都提升了驾驶体验。全球每年生产超过5,000万辆汽车,其中大部分都有某些类型的集成式信息娱乐系统。从电源角度来看,基本的信息娱乐控制台可能需要几个低压电源轨,总电流达到几安培,而一流的控制台可能需要更多电源轨。传统上,这些电压轨和电流由很多分立式电源稳压器IC或者大型过度集成的电源管理集成电路(PMIC)提供。不过,这类大型PMIC提供的电压轨常常多于所需,占用面积很大,而且对某些轨的供电常常不足。因此,需要能提供占板面积很小的多输出IC解决方案,而且这类IC要提供很多可配置和供电适度的电压轨。此外,如果这类IC能以各种不同的方式配置,以适应在开发过程中可能出现的电源要求的变化,就会有更大的优势。由于创新性电路设计,这类IC现在已经变成现实了。

信息娱乐系统的电源设计挑战

汽车应用的电子系统设计富有挑战性,这有很多原因:空间高度受限,工作温度范围必须很宽,必须最大限度地降低噪声,必须容许电池瞬态,质量必须很高。既然集成度必须很高,那么就需要高效节能的组件。汽车仪表板上有各种电子系统,相当拥挤,再加上很高的环境工作温度,所以温度监视成了关键要求,尤其是涉及电源管理组件的工作温度时。如果能向系统控制器报警,通知控制器发生了过热情况,就可以通过软件关闭少量电路功能,或者降低处理器性能以及显示器、网络通信等其他大功率组件的性能,以此减轻过热问题。

今天的汽车仪表板常常挤满了大量噪声源和温度敏感源,例如无线电、蓝牙、GPS和基于手机的网络连接。因此,至关重要的是,这个环境中的所有电路(包括电源)都不能产生过多的热量或EMI。在很多情况下,都有严格的电磁兼容性(EMC)要求,其中涵盖了辐射与传导噪声、抗辐射与传导性或辐射与传导敏感性以及静电放电(ESD)。在一个可能的PMIC设计中,要符合所有这些要求,就会牵涉很多性能问题。有些要求是简单易懂的,例如要求DC/DC开关稳压器以AM无线电频段以外的固定频率工作。然而,还有一些要求难以满足,例如调节内部功率FET的转换率,以最大限度地降低DC/DC转换器开关节点转换引起的辐射噪声。

此外,今天很多嵌入式系统和先进的处理器在电源启动和加到各种不同的电路上时,都要求受控和精心设计的排序。排序方法要简单并能为系统提供灵活性,这样才能使系统设计更容易,而且能确保系统可靠性,并允许单个PMIC满足更多的系统要求,而不仅是特定处理器的要求。

“功能蔓延”指的是即产品规格(例如:输入和输出电压以及输出电流等)随着开发周期的推进而发生的变化,这会严重破坏IC及相关分立组件的选择。当电路板布局确定后,要改变系统的性能规格时,在最好的情况下,也许通过更换可调输出转换器上的几个电阻器,就可以微调电压了。在最坏情况下,因为新的输出电流要求超过了已采用IC的开关电流额定值,也许需要用管脚引出线不兼容的IC替换几个IC。由于电路板的重新设计和重新布局,这将大量导致成本增加及时间延迟。因此需要高度专业化、高性能、可配置的电源管理IC,以恰当管理电源系统,确保系统的所有性能优势都得以实现,并为不可避免的电源系统更改提供灵活性。直到现在为止,还没有单个IC能完成这种任务。

总之,汽车信息娱乐系统设计师面临的主要IC设计挑战包括以下各项:

● 在项目开发阶段更改设计要求(电压和电流值)
● 很多系统需要大量<5V的轨
● 在开发工作结束之前,每个轨的电流要求常常是未知的(例如,FPGA有不受软件影响的ICC)
● 每次修改之后,类似应用在DC/DC电流要求上可能有很大差别
● 符合ISO26262规范要求,该规范旨在降低与软件有关的风险,以在汽车中实现安全功能
● 平衡功耗和多个开关稳压器的高集成度
● 抵抗从瞬态到冷车发动情况的各种严酷电压变化
● 监视电源IC芯片温度
● 最大限度地减小解决方案尺寸和占板面积
● 最大限度地降低EMI和噪声辐射

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? 第1页:信息娱乐系统的电源设计挑战? 第2页:一种简单的解决方案
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? 第5页:线性稳压器控制器? 第6页:抵抗极端电压摆幅

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汽车信息娱乐系统? 多输出电源IC?

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