簡介
現(xiàn)代生活越來越依賴于隨時保持連接–與同事、社交、家庭、智能家電–人們渴望的無縫連接，推動著車載信息娛樂系統(tǒng)的變化。據(jù) analysts，對新的和更好的、適合當(dāng)今數(shù)字生活方式的車載設(shè)備的需求，看起來很好，避免了駕駛分心，推動信息娛樂系統(tǒng)市場在2020年前超過350億美元。
從設(shè)計的角度來看，信息娛樂設(shè)備變得越來越復(fù)雜。雖然DIN尺寸的簡單的收音機(jī)/ CD 播放器的日子一去不復(fù)返，但這些舊功能仍有一定的需求，支持許多附加功能如互聯(lián)網(wǎng)連接、智能手機(jī)連接、輔助慣性傳感的衛(wèi)星導(dǎo)航、攝像機(jī)輸入、圖形化的觸摸屏、為其他乘客提供的多顯示輸出等。
復(fù)雜系統(tǒng)的功耗要求
這一切都需要在儀表板后的大量的電路，有大量的工程含義。空間十分有限，盡管半導(dǎo)體集成可以減輕這到某種程度，但要使用一系列更廣泛的集成電路(IC)，其中包括高性能處理器或 FPGA、ASIC、接口芯片、顯示控制器、模擬元件。因此，需要更多的電源軌，以各種電壓運(yùn)行，涵蓋 1.5-3.3V 的低壓邏輯器件，5V、8V 或 9V 的舊式調(diào)諧器和CD電路，10-12 V 的其他電路如控制臺照明。在過去，需要較少的電源電壓要求，工程師對每一軌道使用個別調(diào)節(jié)器可以確保足夠的功率控制。這種做法變得不適用，因?yàn)榭臻g的限制對設(shè)計決策有更大的影響。
熱管理也應(yīng)該慎重考慮。額外的組件，和其相關(guān)的電源，產(chǎn)生額外的熱量，而熟悉的熱威脅 - 來自太陽和發(fā)動機(jī)的熱量–仍像以往一樣強(qiáng)烈。此外，有許多噪聲源的含量，如手機(jī)發(fā)射器、藍(lán)牙?、雷達(dá)和/或激光雷達(dá)設(shè)備、發(fā)動機(jī)點(diǎn)火和汽車導(dǎo)線上的電快速瞬變。
此外，由于對信息娛樂系統(tǒng)的電源要求更復(fù)雜，為許多額外的組件供電，車輛整體能效越來越重要，因?yàn)橘I家需求更經(jīng)濟(jì)的汽車，和汽車世界向電動車(EV)發(fā)展;在這里，電池能量和駕駛距離之間的聯(lián)系對終端用戶是非常明顯的。
對新一代豐富功能的、連接的車載信息娛樂系統(tǒng)的電源管理必須考慮到所有這些因素。僅僅擴(kuò)展傳統(tǒng)的方法，使用一系列分立的穩(wěn)壓器為各軌道供電，可以形成一個包含大量個別元件的系統(tǒng)，如圖1所示。各穩(wěn)壓器外部所需的無源組件進(jìn)一步增加方案的尺寸和物料單成本。
圖1. 使用分立的穩(wěn)壓器為大量的電壓軌供電增加元件數(shù)量和方案尺寸
集成的替代方案
需要更集成的方法，如使用電源管理 IC(PMIC)，但設(shè)計人員需要掌控。如果考慮最新的信息娛樂系統(tǒng)的要求設(shè)計該 PMIC，最終的方案可能過度集成，包含不需要的功能。反之，相對系統(tǒng)需求一些輸出可能被忽視。系統(tǒng)設(shè)計人員需要選擇一個適當(dāng)?shù)念~定功率軌的 PMIC，集成增值功能，節(jié)省外部元件和成本，并提供所需的調(diào)整靈活性以滿足個別的系統(tǒng)要求。
這是安森美半導(dǎo)體在設(shè)計用于汽車信息娛樂應(yīng)用的 LV56851UV 多輸出系統(tǒng)電源IC時采用的方案。有五個芯片上線性穩(wěn)壓器(LDO)，以及一個高邊開關(guān)。這種集成方案還簡化了提供必要的保護(hù)機(jī)制，包括電源過壓和過流保護(hù)，以及熱保護(hù)，如果芯片溫度超過 140°C 和啟動熱關(guān)斷超過 175 °C，則生成警告，有效防止損傷。
此外，集成功能如電池電壓檢測和輔助(ACC)電源電壓監(jiān)測節(jié)省額外的外部元件。提供外部放大器電源(AMP)進(jìn)一步幫助節(jié)省整體元件，IC還提供強(qiáng)制復(fù)位功能，幫助設(shè)計人員滿足汽車電氣系統(tǒng)的國際安全要求。圖2展示了 LV56851UV 關(guān)于信息娛樂系統(tǒng)的功率要求的特征，對比于如圖1所示的基于分立元件的設(shè)計。
圖2. 集成的多輸出電源 IC 優(yōu)化以滿足信息娛樂系統(tǒng)的要求
5個 LDO 設(shè)計用于為工作于 3.3-5.5V 和 1.25-5V 的邏輯器件和處理器、以及音頻/調(diào)諧器和 CD 電路和電源電壓在 10-12V 的照明供電。集成的高邊開關(guān)可用于幫助管理連接設(shè)備如智能手機(jī)或車內(nèi)個人媒體播放器的 USB 端口。
該器件的一個重要特性是系統(tǒng)、音頻、CD 和照明輸出的 I2C 可編程性。這不僅使個別軌道根據(jù)需要被打開或禁用，還支持輸出電壓的調(diào)節(jié)。這為設(shè)計人員提供靈活性來滿足個別的系統(tǒng)要求，或快速實(shí)施任何設(shè)計變化，而不需要改變外部元件。高邊開關(guān)輸出也可以通過使用 I2C 命令啟用或禁用。
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幫助節(jié)省 PCB 空間和降低物料單成本的附加功能，包括內(nèi)置電池電壓檢測，省去了通常包括三個晶體管、兩個二極管、兩個電容和四個電阻的傳統(tǒng)的齊納檢測電路。圖 3a 和 3b 比較典型的分立電路和板載 LV56851UV 的集成的檢測電路。檢測精度也提高到 ±3%，而傳統(tǒng)電路由于一個齊納二極管的典型容差，其準(zhǔn)確度不能優(yōu)于 ±5%。此外，分立方案的欠壓和過壓檢測閾值通常是高度依賴于溫度的。相比之下，集成的檢測電路具有非常穩(wěn)定的溫度特性。
圖3a和3b. 集成的電池電壓檢測電路節(jié)省元件數(shù)和 PCB 面積
如果需要電池過長時間運(yùn)行配件，LV56851UV 提供的 ACC 欠壓檢測也保護(hù)汽車免受配件上過低電壓的損傷。通過芯片上集成電路，省去了8個分立元件，包括一個齊納二極管、晶體管和電容器，以及五個電阻。內(nèi)置復(fù)位電路也增強(qiáng)了溫度穩(wěn)定性和檢測精度。I2C 總線連接提供了一個渠道以向主系統(tǒng)控制器報告電池電壓和 ACC 電壓，以及其他診斷信息。
緊湊的 HZIP15 封裝在15引腳的外形內(nèi)提供強(qiáng)大的功能。調(diào)節(jié)器輸出的額定輸出電流專為連接的電路供電–如直流輸出的 1500 mA 額定輸出，可通過 I2C 命令設(shè)定在 5V 和 8V 之間–該 IC 具有非常低的靜態(tài)電流和待機(jī)功耗僅為 60μA。
使用一個集成的系統(tǒng)電源 IC，代替一個分立的穩(wěn)壓器陣列或一個不太適合當(dāng)今的信息娛樂系統(tǒng)的 “最合適”的芯片，不僅有助于管理板尺寸、減少物料單，最大限度地提高能效和防止熱威脅，還簡化了設(shè)計，和有助于減少重量，從而最大限度地減少信息娛樂系統(tǒng)對汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的影響。
總結(jié)
未來汽車信息娛樂邁向更精密的系統(tǒng)以為駕駛員和乘客提供卓越的體驗(yàn)。更多的便利和互聯(lián)需要額外的功能，但必須使元件數(shù)和電路最小化。更好的半導(dǎo)體集成提供了前進(jìn)的方向，包括電源管理子系統(tǒng)的集成。新一代的多輸出系統(tǒng)電源 IC 實(shí)現(xiàn)節(jié)省空間和高能效的方案。
（轉(zhuǎn)載）
