近年來(lái)，汽車電子在汽車系統(tǒng)設(shè)計(jì)中變得越來(lái)越重要。我們很可能聽(tīng)說(shuō)過(guò)便利功能的增加、信息娛樂(lè)設(shè)計(jì)的改進(jìn)、駕駛員輔助系統(tǒng)和自動(dòng)駕駛汽車設(shè)計(jì)的增長(zhǎng)。為了推動(dòng)汽車系統(tǒng)的創(chuàng)新，每個(gè)新設(shè)備都必須針對(duì)更小、更嚴(yán)格的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行優(yōu)化。這對(duì)提供這些應(yīng)用程序的電源樹(shù)意味著什么？

以帶有觸覺(jué)反饋的發(fā)光二極管 (LED) 頂燈為例。該系統(tǒng)需要一個(gè) 5V 電源軌來(lái)為提供 LED 的 LED 驅(qū)動(dòng)器和控制偏心旋轉(zhuǎn)質(zhì)量 (ERM) 電機(jī)的觸覺(jué)驅(qū)動(dòng)器供電。LED 和觸覺(jué)驅(qū)動(dòng)器是電流密集型的，需要大約 2A。由于在此負(fù)載下保持系統(tǒng)冷卻所需的高效率，降壓轉(zhuǎn)換器是提供此電流的最佳選擇。汽車 ECU 的大腦是一個(gè) 3.3V 微控制器 (MCU)，電流需求僅為 150mA。雖然 ECU 可以在汽車點(diǎn)火開(kāi)關(guān)關(guān)閉時(shí)切換到待機(jī)模式以節(jié)省電力，但 MCU 可能需要保持活動(dòng)狀態(tài)以處理通信和喚醒功能。

在 LED 頂燈示例中，我們將使用降壓轉(zhuǎn)換器為 5V 電源軌供電，而 LDO 負(fù)責(zé) 3.3V 電源軌，如圖 1 所示。在一個(gè)芯片上集成兩個(gè)電源軌可實(shí)現(xiàn)非常小的解決方案尺寸并增加了一項(xiàng)有助于提高系統(tǒng)效率的功能：LDO 自動(dòng)源。當(dāng)降壓轉(zhuǎn)換器啟用時(shí)，開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的輸出為 LDO 供電，從而最大限度地降低壓降、功耗和熱耗散。

對(duì)于這些應(yīng)用，我們可以選擇低壓差 (LDO) 穩(wěn)壓器作為最具成本效益的組件，以提供低電流，同時(shí)為噪聲敏感的微處理器提供干凈的電源軌。但是為了支持待機(jī)模式，LDO 直接連接到汽車電池，會(huì)產(chǎn)生很大的壓降。

我使用了一個(gè)示例應(yīng)用程序，該應(yīng)用程序需要較高電壓軌上的高電流和較低電壓軌上的低電流。但是，如果情況相反，高壓軌只需要很小的電流，而大部分系統(tǒng)負(fù)載通過(guò)較低的電壓軌供電呢？

汽車系統(tǒng)的一個(gè)常見(jiàn)要求是保持通信，通常由運(yùn)行在 5V 的控制器局域網(wǎng) (CAN) 收發(fā)器處理，即使在系統(tǒng)的其余部分關(guān)閉時(shí)也是如此——這是待機(jī)低電壓的完美場(chǎng)景提供穩(wěn)定的 5V 電壓軌的壓差穩(wěn)壓器 (LDO)。系統(tǒng)的其他組件通常以相同或更低的電壓運(yùn)行，但需要更高的電流，例如微控制器、存儲(chǔ)器、發(fā)光二極管 (LED) 驅(qū)動(dòng)器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、附加接口或負(fù)載點(diǎn)電壓監(jiān)管機(jī)構(gòu)。

在我的兩部分系列的這一部分中，應(yīng)用示例是汽車平視顯示器 (HUD)。HUD 的電源樹(shù)由兩條具有不同電流要求的電源軌組成。5V 電源軌需要最大 100mA 的電流來(lái)為始終開(kāi)啟的 CAN 收發(fā)器供電。所有其他負(fù)載均由 3.3V 電源軌供電。一個(gè)低壓電源管理集成電路 (IC) 運(yùn)行在 3.3V 電壓軌上并吸收高達(dá) 2A 的電流，為微處理器和雙倍數(shù)據(jù)速率 (DDR) 存儲(chǔ)器以及系統(tǒng)的其余部分供電，如圖 1 所示.

如今，HUD 單元通常通過(guò)使用分立降壓和 LDO 解決方案來(lái)解決這些要求，但汽車儀表板頂部的可用空間極為有限。節(jié)省的每一寸板面空間都直接有利于乘客，增加了車內(nèi)空間。大小真的很重要。通過(guò)將分立解決方案集成到一個(gè)芯片中并使用組合的降壓轉(zhuǎn)換器和 LDO 穩(wěn)壓器來(lái)尋址電源樹(shù)，解決方案的尺寸可以減少 25% 以上。

使用集成解決方案時(shí)，我們無(wú)需犧牲分立實(shí)現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)：降壓和 LDO 都可以單獨(dú)激活，并且能夠直接連接到電池，從而在為電源軌。 

圖 1：汽車 HUD 框圖

TPS65321-Q1 是一種單芯片解決方案，能夠在正常運(yùn)行期間為 HUD 系統(tǒng)的兩個(gè)電壓軌供電，同時(shí)還能保持較高的電壓軌工作，并在待機(jī)模式下通過(guò) LDO 為 5V CAN 收發(fā)器供電，靜態(tài)電流小于35μA 典型值。

解決方案尺寸減小和離散功能集成是所有汽車系統(tǒng)的趨勢(shì)。我們可以在幾乎所有汽車應(yīng)用中找到類似的電源樹(shù)要求和用例，包括信息娛樂(lè)、高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng) (ADAS)、車身電子和遠(yuǎn)程信息處理系統(tǒng)。