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優(yōu)化電源管理芯片 擁抱汽車(chē)電氣化新時(shí)代

發(fā)布時(shí)間:2024-09-28 責任編輯:lina

【導讀】隨著(zhù)汽車(chē)工業(yè)的不斷發(fā)展和科技的迅速迭代,汽車(chē)電氣化已成為未來(lái)發(fā)展的主要趨勢。電源管理芯片作為汽車(chē)電氣化的核心組成部分,正扮演著(zhù)越來(lái)越重要的角色,市場(chǎng)規模逐步擴大的同時(shí)呈現出強勁的增長(cháng)勢頭。為應對變化的電氣化市場(chǎng)需求,電源管理芯片行業(yè)正在不斷推出更加高效、安全、小型化的產(chǎn)品。全球排名前列的電子元器件授權代理商WT文曄科技,在電池管理領(lǐng)域深耕多年,擁有豐富的市場(chǎng)經(jīng)驗與技術(shù)積淀,在此推薦一款ADI的先進(jìn)電源管理芯片。


隨著(zhù)汽車(chē)工業(yè)的不斷發(fā)展和科技的迅速迭代,汽車(chē)電氣化已成為未來(lái)發(fā)展的主要趨勢。電源管理芯片作為汽車(chē)電氣化的核心組成部分,正扮演著(zhù)越來(lái)越重要的角色,市場(chǎng)規模逐步擴大的同時(shí)呈現出強勁的增長(cháng)勢頭。為應對變化的電氣化市場(chǎng)需求,電源管理芯片行業(yè)正在不斷推出更加高效、安全、小型化的產(chǎn)品。全球排名前列的電子元器件授權代理商WT文曄科技,在電池管理領(lǐng)域深耕多年,擁有豐富的市場(chǎng)經(jīng)驗與技術(shù)積淀,在此推薦一款ADI的先進(jìn)電源管理芯片。


WT文曄高級技術(shù)支持工程師Kenty Luo表示,借助汽車(chē)電氣化、數字座艙、網(wǎng)絡(luò )和連接等前沿技術(shù),ADI的解決方案助力實(shí)現了更安全的交通出行、功能更豐富的座艙體驗,以及更高效的電動(dòng)汽車(chē)性能。ADI提供的系統級設計和智能電源管理功能,可實(shí)現靈活且可擴展的平臺解決方案,在精密檢測、邊緣處理、軟件和無(wú)線(xiàn)技術(shù)方面持續創(chuàng )新,以獲得實(shí)時(shí)的技術(shù)見(jiàn)解,致力于重新定義在整個(gè)汽車(chē)生態(tài)系統中創(chuàng )造和傳遞價(jià)值的方式。Kenty針對“高性能、功能安全、合作開(kāi)發(fā)、小尺寸+低成本”四大關(guān)鍵要素展開(kāi)介紹,并推薦了相關(guān)器件。


優(yōu)化電源管理芯片 擁抱汽車(chē)電氣化新時(shí)代


高性能


高效率是汽車(chē)電氣化系統的關(guān)鍵指標之一。電源管理芯片需要高效地轉換電能,最大限度地減少能量損失,從而提高整個(gè)系統的能源利用率。高性能的電源管理芯片能在不同工作負載下實(shí)現高效率的轉換,有助于減少能源損耗和提高整體組件效率。


汽車(chē)電源芯片高性能的第一大優(yōu)勢就是可以盡可能地降低功耗。這是由于汽車(chē)電氣化的發(fā)展催生了大量的娛樂(lè )功能,而這些功能要求非常低的靜態(tài)功耗。因此,電源管理芯片的設計目標就是盡量降低靜態(tài)電流,以延長(cháng)電池壽命和延長(cháng)設備的待機時(shí)間;與此同時(shí),還要求芯片擁有更低的電源噪音。


MAX25232是一款集成了高側和低側開(kāi)關(guān)的小型同步降壓型轉換器,可在3.5V至36V的輸入電壓范圍內提供高達3A的電流,而在無(wú)負載時(shí)靜態(tài)電流消耗僅為3.5μA。在正常的6V至18V工作輸入范圍內,該器件在FPWM模式下提供±2%的輸出電壓精度。


該轉換器具有65ns的超短導通時(shí)間能力,能夠提供較大的輸入至輸出轉換比。電壓質(zhì)量可以通過(guò)觀(guān)察PGOOD信號來(lái)監測。該器件可以在99%占空比低壓差下運行,非常適合汽車(chē)和工業(yè)應用。MAX25232還提供5V和3.3V兩種固定輸出電壓。


此外,該器件可以使用外部電阻分壓器配置為1V至10V輸出電壓。頻率在內部固定為2.1MHz,因此所需外部元件數量少,同時(shí)能夠減少輸出紋波,并確保沒(méi)有AM干擾。與此同時(shí),還提供400kHz選項以盡量降低開(kāi)關(guān)損耗和提高效率。


MAX25232型號版本采用小型(3mm x 3mm)、12引腳、TDFN封裝,帶有裸露焊盤(pán),所需外部元件非常少。在輕負載時(shí)自動(dòng)進(jìn)入跳躍模式,空載時(shí)的超低靜態(tài)電流為3.5μA,還具有展頻調制能力,可以更大限度地減少調制頻率導致的電磁輻射,各項性能都優(yōu)于競品。


優(yōu)化電源管理芯片 擁抱汽車(chē)電氣化新時(shí)代


功能安全


除了保證汽車(chē)電源產(chǎn)品的電氣特性具有優(yōu)勢之外,ADI產(chǎn)品還有一個(gè)優(yōu)勢就是功能安全。隨著(zhù)新能源汽車(chē)的不斷發(fā)展,大家在關(guān)注高性能的同時(shí)也越來(lái)越重視安全,這也是對汽車(chē)電源功能模塊的另一大要求。


ADI公司有能力開(kāi)發(fā)ASIL-D電源產(chǎn)品解決方案,有專(zhuān)門(mén)的團隊基于ISO26262標準去做功能安全芯片的設計和開(kāi)發(fā);同時(shí)擁有獨立的質(zhì)量團隊,能根據ISO26262在規定的階段進(jìn)行功能安全評估,并擁有成熟且專(zhuān)用的功能安全開(kāi)發(fā)程序和安全計劃。


將電源安全芯片設計出來(lái)后,ADI可以向客戶(hù)提供安全手冊,以及和客戶(hù)審查FMEDA、危害分析、安全概念等,以便更好地將功能安全芯片置于整個(gè)系統里,而且還可以和合作伙伴一起來(lái)定義功能安全的需求、開(kāi)發(fā)接口協(xié)議/DIA等。


ASIL(Automotive Safety Integrity Level)是汽車(chē)安全完整性等級,最新的ISO 26262標準是以安全相關(guān)電子電氣系統的特點(diǎn),基于IEC 61508《安全相關(guān)電氣/電子/可編程電子系統功能安全》制定的道路車(chē)輛功能安全標準,該標準為開(kāi)發(fā)車(chē)規產(chǎn)品提供了一個(gè)符合ASIL的框架。


ISO 26262是史上第一個(gè)適用于大批量量產(chǎn)產(chǎn)品的功能安全(Functional Safety)標準,僅針對安全相關(guān)電子電氣系統,包含電機、電子與軟件零件,不適用于機械、液壓等非電子電氣系統。


ADI專(zhuān)為汽車(chē)設計的電源產(chǎn)品覆蓋汽車(chē)座艙電子和信息娛樂(lè )系統、車(chē)輛自動(dòng)駕駛和安全、汽車(chē)LED驅動(dòng)器以及電池管理和動(dòng)力總成等電氣化系統,確保其符合ASIL框架。根據市場(chǎng)表現,世健重點(diǎn)推薦當前業(yè)界唯一的汽車(chē)級、ASIL-D電源系統檢測器MAX20480。


MAX20480是符合ASIL標準的完備SoC電源系統監測器,多達7路電壓監測輸入。每路輸入均具有可編程O(píng)V/UV門(mén)限,介于2.5%至10%之間,精度為±1%。其中兩路輸入具有獨立的遠端地檢測輸入,通過(guò)集成I2C接口支持DVS。


MAX20480包含可編程靈活上電順序記錄器(FPSR)。該記錄器獨立儲存上電和斷電時(shí)標,支持開(kāi)/關(guān)和休眠/待機電源排序。該器件既包含可編程質(zhì)詢(xún)/應答看門(mén)狗,可通過(guò)I2C接口訪(fǎng)問(wèn),也包括可編程低電平有效RESET輸出。


與獨立IC或分立式元件相比,MAX20480在提高可靠性的同時(shí)能大幅降低系統尺寸和元件數量。與監控控制器配合使用時(shí),MAX20480滿(mǎn)足ASIL-D可靠性標準。器件工作在-40°C至+125°C環(huán)境溫度范圍。應用場(chǎng)景包含無(wú)人駕駛系統、電源系統監控和MCU/SoC監測等。


優(yōu)化電源管理芯片 擁抱汽車(chē)電氣化新時(shí)代


合作開(kāi)發(fā)


不同的汽車(chē)品牌和型號對電源管理的需求可能有所不同,特別是在功率需求、保護功能、通信接口等方面。ADI通過(guò)與SoC廠(chǎng)商、Tier 1供應商和OEM合作,綜合廠(chǎng)商的要求去設計開(kāi)發(fā)電源產(chǎn)品可以更好地理解客戶(hù)的定制化需求,并為其量身定制符合特定要求的產(chǎn)品,以滿(mǎn)足客戶(hù)的需求并提供更好的解決方案。


汽車(chē)電氣化的發(fā)展催生了無(wú)人駕駛的普及,自動(dòng)駕駛對算力的要求越來(lái)越高,這也意味著(zhù)對功率的要求會(huì )越來(lái)越高。Kenty介紹,MAX20411這款產(chǎn)品就是ADI結合市場(chǎng)發(fā)展趨勢和廠(chǎng)商合作的汽車(chē)級SoC降壓電源芯片,符合ASIL-D標準并可提供高達40A的輸出電流。


MAX20411為高效、同步降壓型轉換器系列,工作在3.0V至5.5V輸入電壓范圍,提供0.5V至1.275V輸出電壓范圍。寬輸入/輸出電壓范圍以及高達40A的峰值輸出電流,使其非常適合用于負載點(diǎn)和后端穩壓。在整個(gè)負載、電源和溫度范圍內的輸出誤差低至±0.75%。


MAX20411具有2.1MHz固定頻率PWM模式,可實(shí)現更好的抗噪性和負載瞬態(tài)響應。2.1MHz工作頻率允許使用全陶瓷電容,使外部元件最小化。擴頻調制選項最大程度抑制電磁輻射。相對于分立式方案,集成的低RDS(ON)(ON)開(kāi)關(guān)大大提高重負載時(shí)的效率,并簡(jiǎn)化電路布局。


該器件采用MAXQ?電源架構,提供高精度瞬態(tài)性能和相位裕量,允許在獲得最大功率、性能和精度的同時(shí)最大程度降低任何特定應用的系統成本。采用工廠(chǎng)預設輸出電壓(見(jiàn)選型指南),I2C接口提供動(dòng)態(tài)電壓調節,擺率可編程。其他特性包括可編程軟啟動(dòng)和過(guò)熱保護,應用于汽車(chē)ADAS系統和SoC核心電源等。


優(yōu)化電源管理芯片 擁抱汽車(chē)電氣化新時(shí)代


小尺寸+低成本


隨著(zhù)市場(chǎng)對芯片的尺寸和成本要求越來(lái)越苛刻,主要是由于小型化設計趨勢、系統高集成度、成本壓力以及技術(shù)進(jìn)步和制造工藝改進(jìn)等因素的影響。除了要考慮芯片本身的尺寸外,還要考慮外圍器件的尺寸,其中影響外圍器件輸出電容尺寸大小的是最大單位增益帶寬(UGBW)能力,對于需要高瞬態(tài)性能的應用,輸出電容要求可能會(huì )提高系統成本和解決方案尺寸。


對此,ADI開(kāi)發(fā)了MAXO?ARCHITECTURE架構,最大限度地提高UGBW并優(yōu)化了工藝和溫度變化,在保證相同性能和輸出穩定性的同時(shí),比市面上競爭對手的標準架構至少減少50%的輸出電容,進(jìn)而降低了系統PCB板的尺寸和成本。


如何將芯片的尺寸降下來(lái)?ADI用到了90nm的新工藝P90。這是90nm的一個(gè)新工藝,不僅縮小了芯片的尺寸,還將效率從老工藝的93.4%提升到了94.7%,封裝的尺寸也變小了,使得更多的邏輯單元可以更好地集成在電源芯片里,將整個(gè)系統的尺寸變小,成本也就隨之降下來(lái)了。


Kenty結合當前市場(chǎng),推薦一款具有10μA靜態(tài)電流和雙相能力的汽車(chē)級全集成降壓轉換器MAX20408/MAX20410,集成了高側和低側開(kāi)關(guān),也是業(yè)界較早針對雙相操作優(yōu)化的集成高功率小型同步降壓轉換器。


MAX20408/MAX20410均可在3V到36V的寬輸入電壓范圍內提供高達8A/10A的電流,電壓質(zhì)量可以通過(guò)觀(guān)察PGOOD信號來(lái)監測,支持在99%占空比低壓差下運行,非常適合汽車(chē)和工業(yè)應用。


該器件提供可編程輸出電壓或3.3V/5V固定輸出電壓選項,2.1MHz和400kHz的高開(kāi)關(guān)頻率選項支持使用小型外部元件,可減少輸出紋波并確保無(wú)AM干擾??删幊痰腇SYNC輸入支持三種模式以?xún)?yōu)化性能:強制PWM模式、具有超低靜態(tài)電流的跳躍模式以及與外部時(shí)鐘的同步模式。


MAX20408/MAX20410還具有雙相功能,支持高達20A的設計,還可配置為主機和從機,進(jìn)行動(dòng)態(tài)電流共享和180°錯相操作,擴頻選項可有效減少EMI輻射。此外,該器件采用小型3.5mm x 3.75mm 17引腳FC2QFN封裝,應用于汽車(chē)高級駕駛輔助系統和其他安全關(guān)鍵應用、汽車(chē)高功率傳感器融合以及車(chē)載信息娛樂(lè )系統等。


總結


ADI公司的汽車(chē)級電源管理的新技術(shù)和解決方案不僅能通過(guò)先進(jìn)的技術(shù)和理念滿(mǎn)足汽車(chē)電氣化時(shí)代嚴苛的要求,包括對電源芯片的高性能、功能安全、合作開(kāi)發(fā)、小尺寸以及低成本等多個(gè)維度的考量,同時(shí)也為市場(chǎng)未來(lái)的技術(shù)創(chuàng )新提供了基礎,能幫助廣大工程師更好地迎接各類(lèi)挑戰。WT文曄科技是與ADI合作多年的授權代理商,可提供相關(guān)技術(shù)支持和服務(wù)。


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