【導讀】汽車車載信息娛樂係統，又稱車機，是基於車身總線係統和互聯網服務而形成的車載綜合信息處理係統。近年來，隨著人們對駕駛
、信息、娛樂、安全等各方麵需求的提升，汽車的集成化
、模塊化程度越來越高。這為車機係統的研發帶來新的挑戰
，其中電源設計首當其衝。

本(ben)文(wen)為(wei)汽(qi)車(che)車(che)機(ji)係(xi)統(tong)電(dian)源(yuan)設(she)計(ji)係(xi)列(lie)文(wen)章(zhang)之(zhi)上(shang)篇(pian)
，主(zhu)要(yao)介(jie)紹(shao)一(yi)級(ji)電(dian)源(yuan)和(he)二(er)級(ji)電(dian)源(yuan)的(de)特(te)性(xing)，下(xia)篇(pian)將(jiang)專(zhuan)門(men)介(jie)紹(shao)環(huan)視(shi)攝(she)像(xiang)頭(tou)的(de)電(dian)源(yuan)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)以(yi)及(ji)通(tong)用(yong)的(de)汽(qi)車(che)USB連接端口。

車機的典型電源架構如圖1所示。一般而言，係統MCU和CAN模塊通過一級LDO供電
，以實現係統監測和喚醒。兩個DC/DC變換器用於給主處理器核心板和其他外設模塊供電，諸如串行器
、解串器和tuner IC等。攝像頭模組由獨立的供電單元供電。另外
，還有專門的USB充電器IC為車機前麵板的USB端口提供電力。

圖1: 車機係統的典型電源架構

下麵
，我們來討論決定選型的一級電源和二級電源關鍵特性。

一級供電電源的特性

係統一級供電電源直接連接車載蓄電池
，其重要性不言而喻。一方麵，它需要承受來自車載蓄電池的各種極端瞬態工況，比如ISO7637-汽車電源線瞬態幹擾抗擾性測試；另一方麵，還需要滿足相應的EMI測試標準，避免設備本身對蓄電池上的其他設備產生幹擾。

MPS提供的頻率可調

、同步降壓開關穩壓器MPQ4436A可以滿足上述要求，其主要性能如下所列：

•3.3V至45V的寬工作電壓範圍 

•6A連續輸出電流(IOUT)

•18uA睡眠模式靜態電流(IQ)

•內置48 mΩ上管（HS-FET）/20mΩ 下管（LS-FET）MOSFET

•支持頻譜擴展功能（FSS）以實現低EMI

•符合AECQ-100等級1認證

更強的電源線抗擾能力

MPQ4436A的輸入電壓範圍(VIN)支持最高50V的耐受電壓。對於ISO7637中規定的Pulse 5a/b（Load Dump）測試，該器件對濾波後的殘壓留有較大的安全裕量。

MPQ4436A的輸入電壓可低至3.3V

，寬工作電壓範圍可輕鬆應對ISO7637中規定的Pulse 4(Cold Crank)測試。

圖2所示為ISO7637 pulse 5a/b（load dump）測試脈衝。

圖3所示為Pulse 4（cold crank）測試脈衝

圖3: Pulse 4（cold crank）測試脈衝

卓越的EMI性能

MPQ4436A在芯片設計時充分考慮了EMI的優化
，具體措施如下：

1.采用開關頻率(fSW)展頻技術。MPQ4436A采用頻率擴展功能（FSS）來改善大電流下的EMI，它通過在開關頻率點附近加入±10%的頻率抖動，大大降低了峰值EMI噪聲。

2.采用對稱引腳封裝設計。MPQ4436A 采用對稱的引腳封裝設計
，同時合理布局高頻環路、VIN與GND
，並對稱放置高頻電容以形成磁場抵消效應。VIN
、SW和OUT引腳的對稱布局如圖4所示。

圖4: 對稱引腳封裝布局

圖5顯示了MPQ4436A的封裝設計。

圖5: MPQ4436A封裝設計

MPQ4436A可以直接通過 CISPR25 Class 5 標準測試。圖 6 顯示了其平均傳導發射。

圖6: MPQ4436A 的平均傳導發射

圖 7 顯示了 MPQ4436A的平均輻射發射。

圖7: MPQ4436A 的平均輻射發射

緊湊的封裝和良好的散熱性能

MPQ4436A采用QFN-20 (4mmx4mm)封裝
，省去了2個MOSFET和一個采樣電阻。

憑借更小的解決方案尺寸
，MPQ4436A得以具備優秀的散熱特性。如圖8所示，在12V至5V的壓降條件下，溫升僅為36°。

圖8: MPQ4436A在6A條件下的溫升

圖 9 顯示了實現高效散熱的MPQ4436A 緊湊型封裝。

圖9: MPQ4436A的緊湊型封裝

支持錯相並聯

車機應用中，很多時候需要大電流進行平台設計
，MPQ4436A提供並聯運行以支持這種應用。例如，兩片MPQ4436A可以並聯運行

，並錯相180°輸出。在增加輸出功率的同時，由於其輸入錯相後相互疊加
，降低了輸入電流紋波，從而進一步改善了EMI（如圖10所示）。

圖10: 兩片MPQ4436A的並聯運行

二級供電電源的特性

二級電源一般用於為係統中的高速通信塊（如解串器/串行器）

、調製IC、係統存儲以及其他外設供電，這些外設通常具有特殊的上下電時序要求，從而帶來一定的設計挑戰。

MPS公司的MPQ2166A是一款具有脈寬調製 (PWM) 和內部補償功能的雙通道同步降壓穩壓器，它能夠滿足上述的需求。

緊湊的封裝和對稱布局

MPQ2166A是一款緊湊型二合一降壓變換器
，采用小尺寸QFN-18 (2.5mmx3.5mm)封裝。該器件最高支持3MHz的開關頻率(fSW)
，這進一步減少了外圍電感電容的數量。

對稱的引腳分布（見圖11）有助於減低EMI，而錯相180°運行的雙通道更進一步改善了EMI。

圖11: MPQ2166A的對稱引腳分布

更利於多電源軌設計

MPQ2166A為每個通道都提供獨立的EN/SS/PG引腳，這便於調整每個通道的上電時序，同時分別監控每路電源的狀態（如圖12）。

圖12: 獨立EN/SS/PG引腳

MPQ2166A支持兩路電流的靈活分配，可配置為2A/2A或3A/1A。

結論

電源設計是車機係統開發的重要考量因素。本文介紹了車機電源需求，以及MPQ4436A實現一級電源和MPQ2166A實現二級電源所具備的優勢。本係列文章的下篇將探討攝像頭電源和USB 充電方麵的挑戰。

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