|
時至今日，汽車中使用的電子元件數量越來越多，而這一趨勢還會繼續下去，這就給為系統供電的電源轉換帶來了更多的設計挑戰。這些復雜的系統需要在可靠和緊湊的布局中實現多個電壓軌；不同器件又有不同的需求，所有器件都需要占板面積更小、能效盡可能高。作為應用于綠色電子產品的首要高性能、高能效硅方案供應商，安森美半導體提供各種針對汽車信息娛樂系統應用的電源方案，可以幫助系統設計師應對挑戰。 汽車信息娛樂系統電源需求分析 汽車上所應用的電子系統越來越復雜，且在逐年增加。汽車信息娛樂系統是其中之一。這類系統過去往往只用于“高檔”豪華型汽車，但是現在卻正出現在更多“主流”汽車中，這加快了為其供電的電源集成電路市場增長。信息娛樂系統至少包括導航系統、AM/FM收音機和CD播放器，目前越來越多的系統增加了具有多個輸出的DVD播放器、衛星無線電設備。這些系統的復雜性越來越高，對電源的要求也在提高。 例如，汽車信息娛樂系統電源既要求低電流——為微控制器(MCU)及傳感器供電(5 V、3.3 V，電流10～100 mA)，也需要大電流——為高性能處理器(DSP)及USB供電(5 V、3.3 V、1.2 V，電流0～3 A)；而LED背光需要電壓12 V、電流低于1 A供電，其它設備(天線、風扇、電機、VFD顯示屏驅動等)還有其它電壓要求。因此，除了多種輸出電壓，還有更多要求，對于常開電源還需要低待機功耗；需要提供更高功率、更大電流；低功耗、高效率、高集成度；對電源電磁兼容性(EMS)的要求也比較高。 安森美半導體信息娛樂系統電源方案 安森美半導體提供各種應用于信息娛樂系統電源的產品，概括起來主要有以下幾類。一類是線性穩壓器(LDO)，用于電池及后級穩壓，具有標準/低靜態電流、高電源抑制比(PSRR)/超低靜態電流，以及跟蹤器和電流檢測功能；第二類是豐富的開關電源(SMPS)產品，用于降壓及升壓控制器/穩壓器，采用同步/非同步拓撲結構，提供高頻、低靜態電流和電池及后級穩壓；第三類是電源管理單元(PMU)，以更高集成度優化了尺寸/性能。這些產品都符合下一代尺寸及能效要求。 安森美半導體信息娛樂系統電源用LDO中的NCV42xx和NCV85xx是標準靜態電流Iq＞60 μA的器件，前者與英飛凌TLE42xx管腳兼容，后者功能豐富，與主流廠商英飛凌/意法半導體/美國國家半導體的相應產品管腳兼容；NCV86xx與標準靜態電流LDO管腳兼容，靜態電流極低，可達33 μA＜ Iq ＜ 50 μA；NCV87xx具有超低靜態電流Iq ＜ 33 μA，與極低靜態電流LDO管腳兼容。 在信息娛樂系統電源用開關電源方面，安森美半導體提供降壓SMPS，如集成開關的轉換器NCV8901/02系列、高性能控制器NCV8851等，以及低成本的NCV3020、LV5749NV等；升壓SMPS控制器有高性能的NCV8871等和適合低成本應用的NCV3063等。 在電源管理單元方面，安森美半導體的NCV8855集成了同步降壓控制器、2.5A集成開關、2路LDO控制器、2 A高邊開關等特性；NCV8612是集成了3路LDO輸出的器件，可自動切換(ASO)，超低靜態電流(Iq) ＜ 50 μA有助于降低功耗；NCV8881是1.5 A集成開關的降壓轉換器(8.5 V/40 mA、5.0 V/100 mA)，具有ROSC及SYNC和看門狗功能，頻率高達600 kHz。 安森美半導體信息娛樂系統電源設計方案比較 汽車信息娛樂系統的電源規格如下所示。要符合這些規格，可以選擇不同的設計方案，如采用PMU方案、開關電源方案或可實現升降壓功能的SEPIC方案等。 表1：汽車信息娛樂系統電源規格 
1)PMU方案 PMU方案是集成度最高的信息娛樂系統電源方案。此方案結合使用安森美半導體的NCV8855 PMU以及NCV8664和NCV47700等器件。
圖1：基于高集成度PMU的汽車信息娛樂系統電源方案 NCV8855集成有四路電源及一路高邊開關，包含同步BUCK控制器、集成開關的2.5A非同步BUCK轉換器及兩路LDO控制器。其特性包括多路輸出、兩路開關電源錯相工作、內部集成軟起/診斷等功能，采用40管腳QFN封裝。它的優勢在于，實現高集成度和高效率，有較好的電源抑制比及低EMI，較少的外部元器件，采用高散熱能力的小尺寸封裝，適用于車載娛樂系統及儀表盤應用，圖2是其應用電路。
圖2：NCV8855應用電路 NCV8664是一款具有150mA輸出能力的極低靜態電流(5.0 V、3.3 V)LDO。可以在-40℃到85℃的環境溫度下工作，能夠滿足車廠對靜態電流的現有要求，用來為最新的微處理器供電。在全溫度范圍內，其靜態電流最大不超過30uA，與標準靜態電流產品NCV4264管腳兼容，方便替換，適合車身電子、剎車系統、車載娛樂系統、安全氣囊等應用，應用電路如圖3所示。
圖3：NCV8664應用電路 NCV47700/01是天線(電流感測)LDO/HSS(高邊開關)。NCV47700的輸出電壓精度為；NCV47701為±3 %，限流精度為±10 %；具有可調節輸出電壓(5至20 V)、使能功能(Enable)、過熱保護(TSD)、可以配置為LDO或高邊開關等功能。限流值設定(CSO)Vcso = Iout * (Rcso/100)，Ilim = 100 *(2.55/Rcso)。 2) 開關電源(DC-DC)方案 這是一款能效最高的方案，結合采用多款DC-DC開關電源方案及NCV8664和NCV47700等器件。
圖4：基于開關電源的汽車系統娛樂系統電源方案 其中，NCV8851是一款同步降壓控制器。兩路驅動輸出分別用來驅動上下管，可用于4 A以上的大電流應用。它采用平均電流控制模式，可在整個輸入電壓及負載范圍內得到更快的響應及更高的輸出調整率。該器件的頻率從170kHz到500kHz可編程，輸入電壓范圍為4.5到40V，可由外部時鐘同步頻率，最高可達600kHz；在睡眠模式下，消耗電流小于1uA。NCV8851應用靈活，易于實現EMI設計，設計簡單，動態響應好，適合車載娛樂系統、功率放大器電源、剎車系統等。圖5是其應用電路。
圖5：NCV8851應用電路 NCP3122是一顆雙路輸出集成開關的非同步BUCK轉換器，每路輸出高達2A；頻率從200kHz到2MHz可調。該器件輸入電壓范圍4.5V到15V；內部集成MOS，效率高；工作頻率可調。由于效率高、外圍器件少，可減少體積和成本，主要用在低壓的應用，如后裝市場的車載娛樂系統。圖6是其應用電路。
圖6：NCP3122應用電路 NCV8901和8902系列是高頻的集成開關的非同步BUCK轉換器。NCV8901輸出電流為1.2A，NCV8902為2A。該器件工作頻率為2 MHz，輸入電壓范圍4.5 V 至36 V，可耐受40 V拋負載電壓(890x3x為45 V版本)，芯片工作結溫為-40℃至150℃。這些器件頻率高，體積小，輸出精度高，可在車身電子、車載娛樂系統等應用中使用。應用電路見圖7。
圖7：NCV8901和8902系列應用電路。 3)基于支持一鍵啟動/停止的SEPIC方案的汽車信息娛樂系統電源方案 為了滿足即使電池電壓降低到4 V系統也可始終工作的要求，安森美半導體提供可選產品SEPIC控制器NCV8871和NCV3063，能夠用于為一鍵啟動/停止(Start/Stop)功能供電。
圖8：基于SEPIC的汽車系統娛樂系統電源方案 NCV8871是一款峰值電流模式控制的升壓控制器。它可以用來實現多種拓撲，如反激，SEPIC等。器件的參數可在出廠前編輯，輸入電壓范圍為3.6 V至45 V，芯片工作結溫為-40℃至150℃，使能與頻率同步功能管腳復用，峰值電流模式控制。由于應用靈活、封裝簡單，可用于功放電源、背光電源、自動啟停系統等。圖9是其應用電路。
圖9：NCV8871應用電路 結論 安森美半導體致力于開發創新及高性能的技術和產品，不僅提供應用于汽車信息娛樂系統的高能效電源方案，滿足高性能或低成本等不同需求，還提供針對汽車應用的調諧器及音頻DSP產品，涵蓋信息娛樂系統的大多數應用，幫助工程師簡化設計流程并縮短設計時間。 安森美半導體供稿 |
