安全性和功能性是汽車技術演進的兩個主要目標。前者是人們對汽車作為交通工具的核心訴求，以盡可能杜絕由汽車系統(tǒng)故障或人為因素所造成的事故；后者則是要不斷擴展汽車產(chǎn)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系統(tǒng)正在被開發(fā)出來，并被集成到駕駛艙中，其中最有代表性的就是高級輔助駕駛系統(tǒng)（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(huán)境，并基于功能強大的實時數(shù)據(jù)處理和計算能力進行分析和決策，今天的ADAS系統(tǒng)正在不斷提升自身的智能化水平，實現(xiàn)自動緊急停車、盲點監(jiān)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系統(tǒng)也在與導航定位、V2X車聯(lián)網(wǎng)等車載遠程信息系統(tǒng)相融合，匯聚更多的信息和數(shù)據(jù)，向終極的全自動駕駛邁進。

ADAS電源管理設計的挑戰(zhàn)

顯而易見，這樣的ADAS系統(tǒng)——而且是功能在不斷擴展的系統(tǒng)——會給車載電源管理系統(tǒng)的設計帶來不小的挑戰(zhàn)。

首先，各種功能的集成，意味著要消耗更多的電能，因此電源管理系統(tǒng)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(shù)據(jù)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，車載電源系統(tǒng)通常需要經(jīng)過兩級電壓轉換——先從12V電池電源（或者是48V系統(tǒng)）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。這樣的電源管理系統(tǒng)架構更為復雜，需要考量的技術細節(jié)也會更多。

其次，實現(xiàn)更復雜的架構、支持更大的電流，勢必會增加電源管理系統(tǒng)的尺寸，而在有限的汽車空間內，這會與小型化的設計要求形成矛盾。比如，為了減小駕駛的視覺盲區(qū)，ADAS系統(tǒng)中需要集成越來越多的攝像頭，而攝像頭模塊PCB上留給電源系統(tǒng)的空間并不大，這就需要高集成度、更高效的電源管理方案提供助力。

第三，與其他電子產(chǎn)品相比，車載電源管理系統(tǒng)的應用環(huán)境更為復雜，而對于可靠性的要求卻更高。要知道，無論是傳統(tǒng)汽車中由內燃發(fā)動機驅動的交流發(fā)電機供電，還是電動汽車中由動力電池供電，它們都算不上是“穩(wěn)定”的電源，總是會受到汽車運行狀態(tài)、外部環(huán)境等諸多因素的影響，發(fā)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、尖峰箝位和多種瞬變狀態(tài)。因此在電源管理系統(tǒng)設計時，必須要從器件級和系統(tǒng)級通盤考慮相應的電路保護策略，防范這些風險因素，以確保汽車電源穩(wěn)定可靠、無故障地運行。

再有，車載電源還面臨著EMC設計方面的挑戰(zhàn)。在汽車中廣泛使用的開關穩(wěn)壓器，本身就容易在開關操作過程中產(chǎn)生噪聲，形成EMI干擾。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(guī)范的要求，也是衡量電源管理器件性能和系統(tǒng)設計優(yōu)劣的一個關鍵點。

此外，汽車電源系統(tǒng)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、冗余設計，以及各種故障保護和診斷功能等。其中一個例子就是汽車電源系統(tǒng)中電壓監(jiān)控器的使用，其作用是當電源高于或低于用戶定義的閾值時發(fā)出復位信號，以降低系統(tǒng)發(fā)生故障的概率。這些功能在其他非車規(guī)應用中可能不是必需的，但在汽車電源管理系統(tǒng)中是不可或缺的存在。

圖1：汽車中的典型電氣系統(tǒng)

（圖源：Analog Devices）

ADAS電源管理設計的挑戰(zhàn)

下面我們可以通過一個具體的案例，來進一步說明在現(xiàn)實的汽車電源管理路徑設計中，該如何綜合考慮上述這些技術要求，實現(xiàn)一個理想的解決方案。

圖2是一個典型的ADAS遠程攝像頭的電源管理系統(tǒng)電路圖。電能從汽車電池輸出后，先經(jīng)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，由同軸電纜為后端的攝像頭提供直流電源；在后端（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，需要從三個方面來綜合考慮以實現(xiàn)安全的電源管理路徑設計：

前端電源

就是將發(fā)電機或電池輸出的電壓，轉換為一個中間電源軌。不過如上文所述，現(xiàn)實應用環(huán)境中，發(fā)電機或車載電池所提供的電源電壓是很不穩(wěn)定的，受到發(fā)動機啟/停、冷啟動等環(huán)境因素的影響，會在幾伏到十幾伏很寬的范圍內波動。因此前端電源設計面臨的一個很大的挑戰(zhàn)就是：要能夠支持非常寬的輸入電壓范圍，并將其轉換和調節(jié)為高度穩(wěn)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方面的優(yōu)化。

后端電源

其作用是在靠近負載的后端進行次級轉換和穩(wěn)壓調節(jié)。除了滿足效率、EMI、保護等基本的電源管理性能要求外，小型化是后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(huán)視系統(tǒng)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(yōu)的選擇。

安全和保護

不論在電源器件中集成保護功能，還是使用單獨的保護和監(jiān)控元器件，實現(xiàn)安全和保護都是汽車電源管理系統(tǒng)設計中必不可少的一環(huán)。圖2的應用場景中，在長同軸電纜上傳輸電力和數(shù)據(jù)，需要面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，前者會由于電力被直接導入大地而導致過熱和斷裂，而后者則可能造成汽車電池損壞、消耗大量電力，甚至會引發(fā)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，使所有下游電路免受損壞。

由此我們不難看出，在ADAS（或者其他車載電子系統(tǒng)）的電源管理設計中，需要有更全面的視角，在滿足性能要求的同時，也要充分考慮小型化、可靠性、高效率安全等汽車應用特有的約束條件，挑戰(zhàn)著實不小。而且所有這些都需要車規(guī)級元器件的支持，就使得開發(fā)者可用的資源受限，增加了物料選型和開發(fā)的難度。

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(fā)展，相應的車規(guī)級“芯”方案也在不斷擴充和優(yōu)化。今天我們就為大家推薦幾款Analog Devices出品的車規(guī)級電源管理IC，它們都針對ADAS等汽車應用進行了優(yōu)化，可以讓你在應對汽車電源管理設計挑戰(zhàn)時游刃有余。

?

MAX25255

同步降壓轉換器

點此了解產(chǎn)品詳情>>

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的寬輸入電壓范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，并支持通過PGOOD信號監(jiān)測電壓質量，因此非常適合于ADAS、車載音響主機等前端電源。

在效率方面，MAX25255可在輕負載條件下進入跳躍模式，空載時的靜態(tài)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(shù)量少，同時能夠減少紋波干擾。由于其采用擴頻技術避免了AM干擾，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，并聯(lián)使用時可實現(xiàn)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還集成有診斷和冗余電路，包括冗余基準電壓源、芯片溫度監(jiān)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，對于車載設備前端電源的各種設計需求，考慮得非常全面。

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

點此了解產(chǎn)品詳情>>

在ADAS負載點和后端穩(wěn)壓方面，MAX20411汽車單級降壓轉換器憑借寬輸入/輸出電壓范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，輸入電壓范圍為3.0V至5.5V，可提供0.5V至1.275V輸出電壓，在整個負載、電源和溫度范圍內的輸出誤差低至±0.75%，并可支持高達40A的峰值輸出電流。

MAX20411具有2.1MHz固定頻率PWM模式，可實現(xiàn)更好的抗噪性和負載瞬態(tài)響應。較高的工作頻率允許其使用電容值較小的陶瓷電容，有利于實現(xiàn)系統(tǒng)設計的小型化。擴頻調制選項也有助于抑制電磁輻射，進一步優(yōu)化EMI特性。

相對于分立式方案，MAX20411集成的低R_DS(ON)開關可大大提高重負載時的效率，并簡化電路布局。同時，由于MAX20411采用MAXQ電源架構，可提供精確的瞬態(tài)性能和相位裕量，可實現(xiàn)出色的功率、性能和精度，同時降低特定應用的系統(tǒng)成本。

此外，MAX20411還具有冗余基準、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

點此了解產(chǎn)品詳情>>

MAX2008x系列是專為ADAS攝像頭電源保護而設計的高集成度解決方案。該系列產(chǎn)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，十分有利于實現(xiàn)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系列提供使能控制和I²C接口，以讀取器件的診斷狀態(tài)，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(xiàn)更高的安全性。

圖5：MAX2008x攝像頭電源保護IC框圖

（圖源：Analog Devices）

?

MAX20480

汽車電源系統(tǒng)監(jiān)控器

點此了解產(chǎn)品詳情>>

MAX20480汽車電源系統(tǒng)監(jiān)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(yōu)勢。

MAX20480具有多達7路電壓監(jiān)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(jiān)控器只需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系統(tǒng)尺寸，簡化了BOM。與監(jiān)控控制器配合使用時，MAX20480滿足ASIL-D功能安全標準，適用于ADAS和車載遠端傳感器模塊等應用。

圖6：MAX20480汽車電源系統(tǒng)監(jiān)控器框圖

（圖源：Analog Devices）

調查有好禮

眾所周知，汽車ADAS應用正在朝向更高的性能、更豐富的功能不斷發(fā)展，這一趨勢也給相關的電源管理系統(tǒng)的設計提出更大的挑戰(zhàn)。Analog Devices針對這一需求，可以提供一系列車規(guī)級的產(chǎn)品和解決方案，滿足高效率、小型化、可靠性和安全性等設計要求，本文介紹的四款“芯”方案就是其中的代表作。

在ADAS及其他汽車電源管理系統(tǒng)開發(fā)中，你認為哪款方案能夠幫你解決設計痛點，讓你心動？快來參加我們的小調查，為它投上一票吧！

• MAX25255同步降壓轉換器

• MAX20411汽車單級降壓轉換器

• MAX2008x攝像頭電源保護IC

• MAX20480汽車電源系統(tǒng)監(jiān)控器

立即參與調查

該發(fā)布文章為獨家原創(chuàng)文章，轉載請注明來源。對于未經(jīng)許可的復制和不符合要求的轉載我們將保留依法追究法律責任的權利。

關于貿(mào)澤電子

貿(mào)澤電子（Mouser Electronics）是一家全球授權半導體和電子元器件授權分銷商，服務全球廣大電子設計群體。貿(mào)澤電子原廠授權分銷近1,200家知名品牌，可訂購數(shù)百萬種在線產(chǎn)品，為客戶提供一站式采購平臺，歡迎關注我們，獲取第一手的設計與產(chǎn)業(yè)資訊信息！

更多精彩