【導讀】安(an)全(quan)性(xing)和(he)功(gong)能(neng)性(xing)是(shi)汽(qi)車(che)技(ji)術(shu)演(yan)進(jin)的(de)兩(liang)個(ge)主(zhu)要(yao)目(mu)標(biao)。前(qian)者(zhe)是(shi)人(ren)們(men)對(dui)汽(qi)車(che)作(zuo)為(wei)交(jiao)通(tong)工(gong)具(ju)的(de)核(he)心(xin)訴(su)求(qiu)，以(yi)盡(jin)可(ke)能(neng)杜(du)絕(jue)由(you)汽(qi)車(che)係(xi)統(tong)故(gu)障(zhang)或(huo)人(ren)為(wei)因(yin)素(su)所(suo)造(zao)成(cheng)的(de)事(shi)故(gu)
；後者則是要不斷擴展汽車產品的外延，帶來更佳的用戶體驗。

沿著這樣設計思路，越來越多的汽車電子係統正在被開發出來，並被集成到駕駛艙中，其中最有代表性的就是高級輔助駕駛係統（ADAS）。

通過使用傳感器（包括攝像頭、毫米波雷達、激光雷達等）感知周圍的環境，並基於功能強大的實時數據處理和計算能力進行分析和決策，今天的ADAS係統正在不斷提升自身的智能化水平，實現自動緊急停車、盲點監測

、車輛/行人報警和避讓、車道偏離報警和輔助等功能，以緩解駕駛員的負擔，減少人為操作錯誤，提升整體的行車安全。而且通過整合高速通信功能，ADAS係統也在與導航定位、V2X車聯網等車載遠程信息係統相融合
，彙聚更多的信息和數據
，向終極的全自動駕駛邁進。

ADAS電源管理設計的挑戰

顯而易見
，這樣的ADAS係統——而且是功能在不斷擴展的係統——會給車載電源管理係統的設計帶來不小的挑戰。

首先，各種功能的集成，意味著要消耗更多的電能，因此電源管理係統需要具有大電流、高功率的支持能力。比如，第一代ADAS SoC（如Mobileye EyeQ）僅消耗2W至3W功率
，而目前具有更強大的數據處理和計算能力的ADAS SoC
，如NVIDIA的Xavier™，則需消耗20W至30W或更多功率。為了支持新一代的ADAS SoC器件
，車載電源係統通常需要經過兩級電壓轉換——先從12V電池電源（或者是48V係統）轉換為一個可輸出較高電流（10A或更高）的中間電源軌，再由此在負載點附近轉換為SoC內核

、接口、外設等所需的各種低電壓軌。這樣的電源管理係統架構更為複雜，需要考量的技術細節也會更多。

其次
，實現更複雜的架構、支(zhi)持(chi)更(geng)大(da)的(de)電(dian)流(liu)，勢(shi)必(bi)會(hui)增(zeng)加(jia)電(dian)源(yuan)管(guan)理(li)係(xi)統(tong)的(de)尺(chi)寸(cun)，而(er)在(zai)有(you)限(xian)的(de)汽(qi)車(che)空(kong)間(jian)內(nei)，這(zhe)會(hui)與(yu)小(xiao)型(xing)化(hua)的(de)設(she)計(ji)要(yao)求(qiu)形(xing)成(cheng)矛(mao)盾(dun)。比(bi)如(ru)，為(wei)了(le)減(jian)小(xiao)駕(jia)駛(shi)的(de)視(shi)覺(jiao)盲(mang)區(qu)
，ADAS係統中需要集成越來越多的攝像頭，而攝像頭模塊PCB上留給電源係統的空間並不大
，這就需要高集成度
、更高效的電源管理方案提供助力。

第(di)三(san)，與(yu)其(qi)他(ta)電(dian)子(zi)產(chan)品(pin)相(xiang)比(bi)
，車(che)載(zai)電(dian)源(yuan)管(guan)理(li)係(xi)統(tong)的(de)應(ying)用(yong)環(huan)境(jing)更(geng)為(wei)複(fu)雜(za)，而(er)對(dui)於(yu)可(ke)靠(kao)性(xing)的(de)要(yao)求(qiu)卻(que)更(geng)高(gao)。要(yao)知(zhi)道(dao)，無(wu)論(lun)是(shi)傳(chuan)統(tong)汽(qi)車(che)中(zhong)由(you)內(nei)燃(ran)發(fa)動(dong)機(ji)驅(qu)動(dong)的(de)交(jiao)流(liu)發(fa)電(dian)機(ji)供(gong)電(dian)
，還(hai)是(shi)電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)中(zhong)由(you)動(dong)力(li)電(dian)池(chi)供(gong)電(dian)
，它(ta)們(men)都(dou)算(suan)不(bu)上(shang)是(shi)“穩定”的電源，總是會受到汽車運行狀態、外部環境等諸多因素的影響
，發生各種各樣的緊急狀況，如拋負載、冷啟動、蓄電池極性接反、雙蓄電池跨接、尖jian峰feng箝qian位wei和he多duo種zhong瞬shun變bian狀zhuang態tai。因yin此ci在zai電dian源yuan管guan理li係xi統tong設she計ji時shi，必bi須xu要yao從cong器qi件jian級ji和he係xi統tong級ji通tong盤pan考kao慮lv相xiang應ying的de電dian路lu保bao護hu策ce略lve，防fang範fan這zhe些xie風feng險xian因yin素su，以yi確que保bao汽qi車che電dian源yuan穩wen定ding可ke靠kao、無故障地運行。

再有，車載電源還麵臨著EMC設計方麵的挑戰。在汽車中廣泛使用的開關穩壓器，本身就容易在開關操作過程中產生噪聲，形成EMI幹擾。隨著器件開關頻率的增加，EMI的影響會更突出。所以，能否降低EMI噪聲
，滿足相關測試規範的要求，也是衡量電源管理器件性能和係統設計優劣的一個關鍵點。

此外，汽車電源係統的設計還必須要滿足功能安全的要求
，符合ASIL標準
，這就需要更為嚴格的保護和準確性
、冗(rong)餘(yu)設(she)計(ji)，以(yi)及(ji)各(ge)種(zhong)故(gu)障(zhang)保(bao)護(hu)和(he)診(zhen)斷(duan)功(gong)能(neng)等(deng)。其(qi)中(zhong)一(yi)個(ge)例(li)子(zi)就(jiu)是(shi)汽(qi)車(che)電(dian)源(yuan)係(xi)統(tong)中(zhong)電(dian)壓(ya)監(jian)控(kong)器(qi)的(de)使(shi)用(yong)，其(qi)作(zuo)用(yong)是(shi)當(dang)電(dian)源(yuan)高(gao)於(yu)或(huo)低(di)於(yu)用(yong)戶(hu)定(ding)義(yi)的(de)閾(yu)值(zhi)時(shi)發(fa)出(chu)複(fu)位(wei)信(xin)號(hao)
，以(yi)降(jiang)低(di)係(xi)統(tong)發(fa)生(sheng)故(gu)障(zhang)的(de)概(gai)率(lv)。這(zhe)些(xie)功(gong)能(neng)在(zai)其(qi)他(ta)非(fei)車(che)規(gui)應(ying)用(yong)中(zhong)可(ke)能(neng)不(bu)是(shi)必(bi)需(xu)的(de)
，但(dan)在(zai)汽(qi)車(che)電(dian)源(yuan)管(guan)理(li)係(xi)統(tong)中(zhong)是(shi)不(bu)可(ke)或(huo)缺(que)的(de)存(cun)在(zai)。

圖1：汽車中的典型電氣係統

（圖源：Analog Devices）

ADAS電源管理設計的挑戰

xiamianwomenkeyitongguoyigejutideanli，laijinyibushuomingzaixianshideqichedianyuanguanlilujingshejizhong
，gairuhezonghekaolvshangshuzhexiejishuyaoqiu，shixianyigelixiangdejiejuefangan。

圖2是一個典型的ADAS遠程攝像頭的電源管理係統電路圖。電能從汽車電池輸出後
，先經過前端的初級降壓-升壓轉換器
，再通過保護IC、交流阻斷線圈，由同軸電纜為後端的攝像頭提供直流電源；在後端（遠端）單個攝像頭模塊上，需要由兩個降壓轉換器進行次級電壓轉換
，為成像器和串行器供電。

圖2：ADAS遠程攝像頭單通道電源管理路徑

（圖源：Analog Devices）

在這個應用場景中，需要從三個方麵來綜合考慮以實現安全的電源管理路徑設計：

前端電源

就(jiu)是(shi)將(jiang)發(fa)電(dian)機(ji)或(huo)電(dian)池(chi)輸(shu)出(chu)的(de)電(dian)壓(ya)，轉(zhuan)換(huan)為(wei)一(yi)個(ge)中(zhong)間(jian)電(dian)源(yuan)軌(gui)。不(bu)過(guo)如(ru)上(shang)文(wen)所(suo)述(shu)，現(xian)實(shi)應(ying)用(yong)環(huan)境(jing)中(zhong)
，發(fa)電(dian)機(ji)或(huo)車(che)載(zai)電(dian)池(chi)所(suo)提(ti)供(gong)的(de)電(dian)源(yuan)電(dian)壓(ya)是(shi)很(hen)不(bu)穩(wen)定(ding)的(de)，受(shou)到(dao)發(fa)動(dong)機(ji)啟(qi)/停、冷啟動等環境因素的影響，會在幾伏到十幾伏很寬的範圍內波動。因此前端電源設計麵臨的一個很大的挑戰就是：要能夠支持非常寬的輸入電壓範圍，並將其轉換和調節為高度穩定的中間電源軌輸出，還要滿足高效率、大電流等性能要求，同時也要兼顧EMI方麵的優化。

後端電源

其作用是在靠近負載的後端進行次級轉換和穩壓調節。除了滿足效率、EMI
、保護等基本的電源管理性能要求外，小型化是後端電源設計中十分關鍵的要素。以這個ADAS遠程攝像頭應用為例，在集成多攝像頭的環視係統中，需要在狹小的空間內同時支持多路電源的高效轉換，這時高度集成、多通道的電源管理器件顯然是更優的選擇。

安全和保護

bulunzaidianyuanqijianzhongjichengbaohugongneng，haishishiyongdandudebaohuhejiankongyuanqijian
，shixiananquanhebaohudoushiqichedianyuanguanlixitongshejizhongbibukeshaodeyihuan。tu2的應用場景中，在長同軸電纜上傳輸電力和數據，需要麵對的主要安全風險就是對地短路（STG）和電池短路（STB），如果沒有相應的保護措施，前者會由於電力被直接導入大地而導致過熱和斷裂，而後者則可能造成汽車電池損壞、消耗大量電力

，甚至會引發爆炸等更嚴重的事故。本案例對此的解決方案是在前端加入了一個專門的電源保護IC
，使所有下遊電路免受損壞。

由此我們不難看出
，在ADAS（或者其他車載電子係統）的電源管理設計中
，需要有更全麵的視角，在滿足性能要求的同時
，也要充分考慮小型化
、可靠性、高gao效xiao率lv安an全quan等deng汽qi車che應ying用yong特te有you的de約yue束shu條tiao件jian，挑tiao戰zhan著zhe實shi不bu小xiao。而er且qie所suo有you這zhe些xie都dou需xu要yao車che規gui級ji元yuan器qi件jian的de支zhi持chi，就jiu使shi得de開kai發fa者zhe可ke用yong的de資zi源yuan受shou限xian
，增zeng加jia了le物wu料liao選xuan型xing和he開kai發fa的de難nan度du。

四個ADAS電源管理“芯”方案

不過好消息是，伴隨著ADAS等應用的發展

，相應的車規級“芯”方案也在不斷擴充和優化。今天我們就為大家推薦幾款Analog Devices出品的車規級電源管理IC
，它們都針對ADAS等汽車應用進行了優化，可以讓你在應對汽車電源管理設計挑戰時遊刃有餘。

MAX25255

同步降壓轉換器

MAX25255是一款符合AEC-Q100標準、集成了高側和低側開關的小型同步雙路降壓轉換器，可在3V至36V的寬輸入電壓範圍內為每個通道提供高達8A的電流。該轉換器提供5V和3.3V兩種固定輸出電壓，並支持通過PGOOD信號監測電壓質量
，因此非常適合於ADAS
、車載音響主機等前端電源。

在效率方麵，MAX25255可在輕負載條件下進入跳躍模式，空載時的靜態電流僅為12μA。該器件提供四個固定頻率選項（200kHz、400kHz、1MHz或2MHz），所需外部元件數量少

，同時能夠減少紋波幹擾。由於其采用擴頻技術避免了AM幹擾，因此具有出色的EMI性能。

MAX25255中的兩個降壓轉換器可配置為雙相操作，使輸出負載能力達到16A，並聯使用時可實現高達32A輸出電流的四相操作，以支持更大電流的車載應用，應用擴展十分靈活。

MAX25255還集成有診斷和冗餘電路，包括冗餘基準電壓源、芯片溫度監控器
、精密過壓和欠壓保護等功能，能夠符合ASIL B等級功能安全的要求。可以說，對於車載設備前端電源的各種設計需求，考慮得非常全麵。

圖3：MAX25255同步降壓轉換器框圖

（圖源：Analog Devices）

MAX20411

汽車單級降壓轉換器

在ADAS負載點和後端穩壓方麵，MAX20411汽車單級降壓轉換器憑借寬輸入/輸出電壓範圍以及大輸出電流等特性
，提供了一個理想的解決方案。

該器件是一款高效、同步降壓型轉換器，輸入電壓範圍為3.0V至5.5V

，可提供0.5V至1.275V輸出電壓，在整個負載
、電源和溫度範圍內的輸出誤差低至±0.75%，並可支持高達40A的峰值輸出電流。

MAX20411具有2.1MHz固定頻率PWM模(mo)式(shi)，可(ke)實(shi)現(xian)更(geng)好(hao)的(de)抗(kang)噪(zao)性(xing)和(he)負(fu)載(zai)瞬(shun)態(tai)響(xiang)應(ying)。較(jiao)高(gao)的(de)工(gong)作(zuo)頻(pin)率(lv)允(yun)許(xu)其(qi)使(shi)用(yong)電(dian)容(rong)值(zhi)較(jiao)小(xiao)的(de)陶(tao)瓷(ci)電(dian)容(rong)，有(you)利(li)於(yu)實(shi)現(xian)係(xi)統(tong)設(she)計(ji)的(de)小(xiao)型(xing)化(hua)。擴(kuo)頻(pin)調(tiao)製(zhi)選(xuan)項(xiang)也(ye)有(you)助(zhu)於(yu)抑(yi)製(zhi)電(dian)磁(ci)輻(fu)射(she)，進(jin)一(yi)步(bu)優(you)化(hua)EMI特性。

相對於分立式方案
，MAX20411集成的低RDS(ON)開關可大大提高重負載時的效率，並簡化電路布局。同時

，由於MAX20411采用MAXQ®️電源架構，可提供精確的瞬態性能和相位裕量，可實現出色的功率、性能和精度，同時降低特定應用的係統成本。

此外，MAX20411還具有冗餘基準
、BIST診斷、I2C上PEC等功能
，確保其達到ASIL D功能安全標準的要求
，±1%精度的可編程OV/UV、過熱和短路保護等功能也為其提供了可靠性保障。

圖4：MAX20411汽車單級降壓轉換器框圖

（圖源：Analog Devices）

MAX2008x

攝像頭電源保護IC

MAX2008x係列是專為ADAS攝像頭電源保護而設計的高集成度解決方案。該係列產品是具有雙通道或四通道的電源保護IC，為每路輸出提供高達600mA負載電流，且每路輸出具有獨立的電池短路（STG）、對地短路（STB）和過流保護，十分有利於實現小型化的同軸電纜供電電源保護。

該器件工作在3V至5.5V電源電壓，帶有3V至15V攝像機電源
，典型的輸入至輸出壓差僅為110mV（@ 300mA）。

MAX2008x係列提供使能控製和I2C接口，以讀取器件的診斷狀態，板載ADC讀取每個開關的電流。ASIL B和ASIL D兼容版本還可通過ADC讀取更多的診斷測量信息
，以確保覆蓋高故障率事件，實現更高的安全性。

圖5：MAX2008x攝像頭電源保護IC框圖

（圖源：Analog Devices）

MAX20480

汽車電源係統監控器

MAX20480汽車電源係統監控器是汽車電源滿足安全性要求的關鍵器件，具有高度集成、高精度和小型化的特性優勢。

MAX20480具有多達7路電壓監測輸入，每路輸入均具有2.5%至10%的可編程OV/UV門限，精度為±1%。其中兩路輸入具有獨立的遠端地檢測輸入，通過集成I2C接口支持DVS。

MAX20480包含可編程的靈活上電順序記錄器（FPSR），該記錄器獨立儲存上電和斷電時標
，支持開/關和休眠/待機電源排序。該器件也包含可編程質詢/應答看門狗功能
，可通過I2C接口訪問
；此外還包括可編程低電平有效RESET輸出等功能。

MAX20480電壓監控器隻需1個外部元件，與獨立IC或分立式元件相比
，在提高可靠性的同時大大降低了係統尺寸，簡化了BOM。與監控控製器配合使用時，MAX20480滿足ASIL-D功能安全標準，適用於ADAS和車載遠端傳感器模塊等應用。

圖6：MAX20480汽車電源係統監控器框圖

（圖源：Analog Devices）

來源：貿澤電子

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