引言
　　高可靠性缝龄、低成本旺韭、極短的研發(fā)周期等等相互沖突的設(shè)計要求迫使電源設(shè)計人員采用新的具有突破性的技術(shù)方案憔剂，而這些技術(shù)是傳統(tǒng)的汽車電源設(shè)計中不曾涉足的摆螟。

　　汽車電源設(shè)計的基本原則

　　大多數(shù)汽車電源架構(gòu)需要遵循六項基本原則：

　　1)輸入電壓范圍VIN：12V電池電壓的瞬間波動范圍決定了電源轉(zhuǎn)換IC的輸入電壓范圍。

　　ISO7637-1行業(yè)標準定義了汽車電池的電壓波動范圍艳拿。圖1和圖2所示波形即為ISO7637標準給出的波形悬鲜，圖中顯示了高壓汽車電源轉(zhuǎn)換器需要滿足的臨界條件.

　　2)散熱考慮：散熱需要根據(jù)DC-DC轉(zhuǎn)換器的最低效率進行設(shè)計。

　　精心設(shè)計的開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器的效率通常高于線性穩(wěn)壓器姨莽，較高的轉(zhuǎn)換效率可以省去電源設(shè)計中的大尺寸散熱片和大的封裝外形厉源。多數(shù)廉價的小尺寸裸焊盤封裝即可在85℃時耗散2W功率，在125℃時耗散1W功率仲侈。20W以上的大功率設(shè)計對于熱管理要求比較嚴格豆蝠，需要采用同步整流架構(gòu)。高效率的外部MOSFET控制器有助于改善電源的散熱能力秆惑。

　　3)靜態(tài)工作電流(IQ)及關(guān)斷電流(ISD)：隨著汽車中電子控制單元（ECU）數(shù)量的快速增長赛羡，從汽車電池消耗的總電流也不斷增長衍止。即使當發(fā)動機工作并且電池電量耗盡時，有些ECU單元仍然保持工作词祝。為了保證靜態(tài)工作電流IQ在可控范圍內(nèi)园担，大多數(shù)OEM廠商開始對每個ECU的IQ加以限制。例如歐盟提出的要求是：100μA/ECU枯夜。

　　4)成本控制：OEM廠商需要折中考慮模塊成本弯汰、開發(fā)/認證成本、產(chǎn)品上市時間以及規(guī)格指標湖雹。在成本允許的前提下保證最優(yōu)設(shè)計咏闪，電源部分的材料清單在成本上可能占據(jù)非常重要的地位。

　　模塊成本與PCB類型摔吏、散熱片鸽嫂、器件布局及其設(shè)計因素有關(guān)。例如征讲，用FR-4 4層板代替CM-3單層板對于PCB的散熱會產(chǎn)生很大差異据某。

　　5)位置/布局：在電源設(shè)計中PCB和元件布局會限制電源的整體性能。

　　結(jié)構(gòu)設(shè)計诗箍、電路板布局癣籽、噪聲靈敏度、多層板的互連問題以及其它布板限制都會制約高芯片集成電源的設(shè)計扳还。而利用負載點電源產(chǎn)生所有必要的電源也會導(dǎo)致高成本才避，將眾多元件集于單一芯片并不理想。電源設(shè)計人員需要根據(jù)具體的項目需求平衡整體的系統(tǒng)性能掰废、機械限制和成本棕优。

　　6)電磁輻射：一個工作電路所產(chǎn)生的電磁干擾可能導(dǎo)致另一個電路無法正常運行。例如敢添，無線電頻道的干擾可能導(dǎo)致安全氣囊的誤動作佣虑，為了避免這些負面影響，OEM廠商針對ECU單元制定了最大電磁輻射限制季训。

　　為保持電磁輻射（EMI）在受控范圍內(nèi)弧定，DC-DC轉(zhuǎn)換器的類型、拓撲結(jié)構(gòu)肝庸、外圍元件選擇锡跺、電路板布局及屏蔽都非常重要。經(jīng)過多年的積累吓死，電源IC設(shè)計者研究出了各種限制EMI的技術(shù)渴甜。外部時鐘同步、高于AM調(diào)制頻段的工作頻率普晌、內(nèi)置MOSFET顶猜、軟開關(guān)技術(shù)沧奴、擴頻技術(shù)等都是近年推出的EMI抑制方案。

　　應(yīng)用與功率需求

　　大多數(shù)系統(tǒng)電源的基本架構(gòu)選擇應(yīng)從電源要求以及汽車廠商定義的電池電壓瞬變波形入手长窄。對于電流的要求應(yīng)該反映到電路板的散熱設(shè)計滔吠。表1歸納了大多數(shù)設(shè)計的電路及電壓要求。

　　通用電源的拓撲架構(gòu)

　　這里列出了四種常用的電源架構(gòu)挠日，總結(jié)了最近三年汽車領(lǐng)域的典型設(shè)計架構(gòu)疮绷。當然，用戶可以通過不同方式實現(xiàn)具體的設(shè)計要求肆资，多數(shù)方案可歸納為這四種結(jié)構(gòu)中的一種矗愧。

　　方案 1

　　該架構(gòu)為優(yōu)化DC-DC轉(zhuǎn)換器的效率灶芝、布局郑原、PCB散熱及噪聲指標提供了一種靈活設(shè)計。方案1的主要優(yōu)勢是：

增加核設(shè)計的靈活性夜涕。即使不是最低成本/最高效率的解決方案犯犁，增加一個獨立的轉(zhuǎn)換器有助于重復(fù)利用原有設(shè)計。
有助于合理利用開關(guān)電源和線性穩(wěn)壓器女器。例如口迟，相對于直接從汽車電池降壓到1.8V，從3.3V電壓產(chǎn)生1.8V300mA的電源效率更高巨脚、成本也更低保蒲。
分散PCB的熱量，這為選擇轉(zhuǎn)換器的位置及散熱提供了靈活性敢弟。
允許使用高性能贼卿、高性價比的低電壓模擬IC，與高壓IC相比捅振，這種方案提供了更寬的選擇范圍彬率。
　　方案1的缺點是：較大的電路板面積、成本相對較高怯糠、對于有多路電源需求的設(shè)計來說過于復(fù)雜署隔。

　　方案 2

　　該方案是高集成度與設(shè)計靈活性的折衷，與方案1相比瓦统，在成本贿妹、外形尺寸和復(fù)雜度方面具有一定的優(yōu)勢。特別適合2路降壓輸出并需要獨立控制的方案金矛。例如芯急，要求3.3V電源不間斷供電，而在需要時可以關(guān)閉5V電源绷柒，以節(jié)省IQ電流志于。另一種應(yīng)用是產(chǎn)生5V和8V電源涮因，利用這種方案可以省去一個從5V電壓升壓的boost轉(zhuǎn)換器。

　　采用外置MOSFET的兩路輸出控制器可以提供與方案相同的PCB布板靈活性伺绽，便于散熱养泡。內(nèi)置MOSFET的轉(zhuǎn)換器，設(shè)計人員應(yīng)注意不要在PCB的同一位置耗散過多的熱量奈应。

      方案 3

　　這一架構(gòu)把多路高壓轉(zhuǎn)換問題轉(zhuǎn)化成一路高壓轉(zhuǎn)換和一個高度集成的低壓轉(zhuǎn)換IC澜掩，相對于多輸出高壓轉(zhuǎn)換IC，高集成度低壓轉(zhuǎn)換IC成本較低杖挣，且容易從市場上得到肩榕。如果方案3中的低壓PMIC有兩路以上輸出，那么方案3將存在與方案4相同的缺陷惩妇。

　　方案3的主要劣勢是多路電壓集中在同一芯片株汉，布板時需要慎重考慮PCB散熱問題。

     方案 4

　　最新推出的高集成度PMIC可以在單芯片上集成所有必要的電源轉(zhuǎn)換和管理功能撤掀，突破了電源設(shè)計中的諸多限制狱槽。但是，高集成度也存在一定的負面影響拂谆。

在高集成度PMIC中屿帕，集成度與驅(qū)動能力總是相互矛盾。例如姓纲，在產(chǎn)品升級時盗晓，原設(shè)計中內(nèi)置MOSFET的穩(wěn)壓器可能無法滿足新設(shè)計中的負載驅(qū)動要求。
把低壓轉(zhuǎn)換器級聯(lián)到高壓轉(zhuǎn)換器有助于降低成本愕啰，但這種方式受限于穩(wěn)壓器的開/關(guān)控制津霜。例如，如果5V電源關(guān)閉時必須開啟3.3V電源秃标，就無法將3.3V輸入連接到5V電源輸出殃烤；否則將不能關(guān)閉5V電源，造成較高的靜態(tài)電流IQ篡话。
　　Maxim的汽車電源解決方案

　　Maxim的汽車電源IC克服了許多電源管理問題情誊，能夠提供獨特的高性能解決方案。電源產(chǎn)品包括過壓保護镰矿、微處理器監(jiān)控琐驴、開關(guān)轉(zhuǎn)換器和線性穩(wěn)定器等高度集成的多功能PMIC (如圖4所示)。電源IC符合汽車級質(zhì)量認證和生產(chǎn)要求秤标，例如：AECQ100認證绝淡、DFMEA、不同的溫度等級(包括85℃苍姜、105℃牢酵、125℃悬包、135℃)、特殊的封裝要求馍乙。

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