应对汽车ADAS电源管理设计挑战，谁是你心仪的“芯”方案？

安全性和功能性是汽车技术演进的两个主要目标。前者是人们对汽车作为交通工具的核心诉求，以尽可能杜绝由汽车系统故障或人为因素所造成的事故；后者则是要不断扩展汽车产品的外延，带来更佳的用户体验。

沿着这样设计思路，越来越多的汽车电子系统正在被开发出来，并被集成到驾驶舱中，其中最有代表性的就是高级辅助驾驶系统（ADAS）。

通过使用传感器（包括摄像头、毫米波雷达、激光雷达等）感知周围的环境，并基于功能强大的实时数据处理和计算能力进行分析和决策，今天的ADAS系统正在不断提升自身的智能化水平，实现自动紧急停车、盲点监测、车辆/行人报警和避让、车道偏离报警和辅助等功能，以缓解驾驶员的负担，减少人为操作错误，提升整体的行车安全。而且通过整合高速通信功能，ADAS系统也在与导航定位、V2X车联网等车载远程信息系统相融合，汇聚更多的信息和数据，向终极的全自动驾驶迈进。

ADAS电源管理设计的挑战

显而易见，这样的ADAS系统——而且是功能在不断扩展的系统——会给车载电源管理系统的设计带来不小的挑战。

首先，各种功能的集成，意味着要消耗更多的电能，因此电源管理系统需要具有大电流、高功率的支持能力。比如，第一代ADAS SoC（如Mobileye EyeQ）仅消耗2W至3W功率，而目前具有更强大的数据处理和计算能力的ADAS SoC，如NVIDIA的Xavier，则需消耗20W至30W或更多功率。为了支持新一代的ADAS SoC器件，车载电源系统通常需要经过两级电压转换——先从12V电池电源（或者是48V系统）转换为一个可输出较高电流（10A或更高）的中间电源轨，再由此在负载点附近转换为SoC内核、接口、外设等所需的各种低电压轨。这样的电源管理系统架构更为复杂，需要考量的技术细节也会更多。

其次，实现更复杂的架构、支持更大的电流，势必会增加电源管理系统的尺寸，而在有限的汽车空间内，这会与小型化的设计要求形成矛盾。比如，为了减小驾驶的视觉盲区，ADAS系统中需要集成越来越多的摄像头，而摄像头模块PCB上留给电源系统的空间并不大，这就需要高集成度、更高效的电源管理方案提供助力。

第三，与其他电子产品相比，车载电源管理系统的应用环境更为复杂，而对于可靠性的要求却更高。要知道，无论是传统汽车中由内燃发动机驱动的交流发电机供电，还是电动汽车中由动力电池供电，它们都算不上是“稳定”的电源，总是会受到汽车运行状态、外部环境等诸多因素的影响，发生各种各样的紧急状况，如抛负载、冷启动、蓄电池极性接反、双蓄电池跨接、尖峰箝位和多种瞬变状态。因此在电源管理系统设计时，必须要从器件级和系统级通盘考虑相应的电路保护策略，防范这些风险因素，以确保汽车电源稳定可靠、无故障地运行。

再有，车载电源还面临着EMC设计方面的挑战。在汽车中广泛使用的开关稳压器，本身就容易在开关操作过程中产生噪声，形成EMI干扰。随着器件开关频率的增加，EMI的影响会更突出。所以，能否降低EMI噪声，满足相关测试规范的要求，也是衡量电源管理器件性能和系统设计优劣的一个关键点。

此外，汽车电源系统的设计还必须要满足功能安全的要求，符合ASIL标准，这就需要更为严格的保护和准确性、冗余设计，以及各种故障保护和诊断功能等。其中一个例子就是汽车电源系统中电压监控器的使用，其作用是当电源高于或低于用户定义的阈值时发出复位信号，以降低系统发生故障的概率。这些功能在其他非车规应用中可能不是必需的，但在汽车电源管理系统中是不可或缺的存在。

图1：汽车中的典型电气系统

（图源：Analog Devices）

ADAS电源管理设计的挑战

下面我们可以通过一个具体的案例，来进一步说明在现实的汽车电源管理路径设计中，该如何综合考虑上述这些技术要求，实现一个理想的解决方案。

图2是一个典型的ADAS远程摄像头的电源管理系统电路图。电能从汽车电池输出后，先经过前端的初级降压-升压转换器，再通过保护IC、交流阻断线圈，由同轴电缆为后端的摄像头提供直流电源；在后端（远端）单个摄像头模块上，需要由两个降压转换器进行次级电压转换，为成像器和串行器供电。

图2：ADAS远程摄像头单通道电源管理路径

（图源：Analog Devices）

在这个应用场景中，需要从三个方面来综合考虑以实现安全的电源管理路径设计：

前端电源

就是将发电机或电池输出的电压，转换为一个中间电源轨。不过如上文所述，现实应用环境中，发电机或车载电池所提供的电源电压是很不稳定的，受到发动机启/停、冷启动等环境因素的影响，会在几伏到十几伏很宽的范围内波动。因此前端电源设计面临的一个很大的挑战就是：要能够支持非常宽的输入电压范围，并将其转换和调节为高度稳定的中间电源轨输出，还要满足高效率、大电流等性能要求，同时也要兼顾EMI方面的优化。

后端电源

其作用是在靠近负载的后端进行次级转换和稳压调节。除了满足效率、EMI、保护等基本的电源管理性能要求外，小型化是后端电源设计中十分关键的要素。以这个ADAS远程摄像头应用为例，在集成多摄像头的环视系统中，需要在狭小的空间内同时支持多路电源的高效转换，这时高度集成、多通道的电源管理器件显然是更优的选择。

安全和保护

不论在电源器件中集成保护功能，还是使用单独的保护和监控元器件，实现安全和保护都是汽车电源管理系统设计中必不可少的一环。图2的应用场景中，在长同轴电缆上传输电力和数据，需要面对的主要安全风险就是对地短路（STG）和电池短路（STB），如果没有相应的保护措施，前者会由于电力被直接导入大地而导致过热和断裂，而后者则可能造成汽车电池损坏、消耗大量电力，甚至会引发爆炸等更严重的事故。本案例对此的解决方案是在前端加入了一个专门的电源保护IC，使所有下游电路免受损坏。

由此我们不难看出，在ADAS（或者其他车载电子系统）的电源管理设计中，需要有更全面的视角，在满足性能要求的同时，也要充分考虑小型化、可靠性、高效率安全等汽车应用特有的约束条件，挑战着实不小。而且所有这些都需要车规级元器件的支持，就使得开发者可用的资源受限，增加了物料选型和开发的难度。

四个ADAS电源管理“芯”方案

不过好消息是，伴随着ADAS等应用的发展，相应的车规级“芯”方案也在不断扩充和优化。今天我们就为大家推荐几款Analog Devices出品的车规级电源管理IC，它们都针对ADAS等汽车应用进行了优化，可以让你在应对汽车电源管理设计挑战时游刃有余。

 

MAX25255

同步降压转换器

点此了解产品详情>>

MAX25255是一款符合AEC-Q100标准、集成了高侧和低侧开关的小型同步双路降压转换器，可在3V至36V的宽输入电压范围内为每个通道提供高达8A的电流。该转换器提供5V和3.3V两种固定输出电压，并支持通过PGOOD信号监测电压质量，因此非常适合于ADAS、车载音响主机等前端电源。

在效率方面，MAX25255可在轻负载条件下进入跳跃模式，空载时的静态电流仅为12μA。该器件提供四个固定频率选项（200kHz、400kHz、1MHz或2MHz），所需外部元件数量少，同时能够减少纹波干扰。由于其采用扩频技术避免了AM干扰，因此具有出色的EMI性能。

MAX25255中的两个降压转换器可配置为双相操作，使输出负载能力达到16A，并联使用时可实现高达32A输出电流的四相操作，以支持更大电流的车载应用，应用扩展十分灵活。

MAX25255还集成有诊断和冗余电路，包括冗余基准电压源、芯片温度监控器、精密过压和欠压保护等功能，能够符合ASIL B等级功能安全的要求。可以说，对于车载设备前端电源的各种设计需求，考虑得非常全面。

图3：MAX25255同步降压转换器框图

（图源：Analog Devices）

 

MAX20411

汽车单级降压转换器

点此了解产品详情>>

在ADAS负载点和后端稳压方面，MAX20411汽车单级降压转换器凭借宽输入/输出电压范围以及大输出电流等特性，提供了一个理想的解决方案。

该器件是一款高效、同步降压型转换器，输入电压范围为3.0V至5.5V，可提供0.5V至1.275V输出电压，在整个负载、电源和温度范围内的输出误差低至±0.75%，并可支持高达40A的峰值输出电流。

MAX20411具有2.1MHz固定频率PWM模式，可实现更好的抗噪性和负载瞬态响应。较高的工作频率允许其使用电容值较小的陶瓷电容，有利于实现系统设计的小型化。扩频调制选项也有助于抑制电磁辐射，进一步优化EMI特性。

相对于分立式方案，MAX20411集成的低R_DS(ON)开关可大大提高重负载时的效率，并简化电路布局。同时，由于MAX20411采用MAXQ电源架构，可提供精确的瞬态性能和相位裕量，可实现出色的功率、性能和精度，同时降低特定应用的系统成本。

此外，MAX20411还具有冗余基准、BIST诊断、I²C上PEC等功能，确保其达到ASIL D功能安全标准的要求，±1%精度的可编程OV/UV、过热和短路保护等功能也为其提供了可靠性保障。

图4：MAX20411汽车单级降压转换器框图

（图源：Analog Devices）

 

MAX2008x

摄像头电源保护IC

点此了解产品详情>>

MAX2008x系列是专为ADAS摄像头电源保护而设计的高集成度解决方案。该系列产品是具有双通道或四通道的电源保护IC，为每路输出提供高达600mA负载电流，且每路输出具有独立的电池短路（STG）、对地短路（STB）和过流保护，十分有利于实现小型化的同轴电缆供电电源保护。

该器件工作在3V至5.5V电源电压，带有3V至15V摄像机电源，典型的输入至输出压差仅为110mV（@ 300mA）。

MAX2008x系列提供使能控制和I²C接口，以读取器件的诊断状态，板载ADC读取每个开关的电流。ASIL B和ASIL D兼容版本还可通过ADC读取更多的诊断测量信息，以确保覆盖高故障率事件，实现更高的安全性。

图5：MAX2008x摄像头电源保护IC框图

（图源：Analog Devices）

 

MAX20480

汽车电源系统监控器

点此了解产品详情>>

MAX20480汽车电源系统监控器是汽车电源满足安全性要求的关键器件，具有高度集成、高精度和小型化的特性优势。

MAX20480具有多达7路电压监测输入，每路输入均具有2.5%至10%的可编程OV/UV门限，精度为±1%。其中两路输入具有独立的远端地检测输入，通过集成I²C接口支持DVS。

MAX20480包含可编程的灵活上电顺序记录器（FPSR），该记录器独立储存上电和断电时标，支持开/关和休眠/待机电源排序。该器件也包含可编程质询/应答看门狗功能，可通过I²C接口访问；此外还包括可编程低电平有效RESET输出等功能。

MAX20480电压监控器只需1个外部元件，与独立IC或分立式元件相比，在提高可靠性的同时大大降低了系统尺寸，简化了BOM。与监控控制器配合使用时，MAX20480满足ASIL-D功能安全标准，适用于ADAS和车载远端传感器模块等应用。

图6：MAX20480汽车电源系统监控器框图

（图源：Analog Devices）

调查有好礼

众所周知，汽车ADAS应用正在朝向更高的性能、更丰富的功能不断发展，这一趋势也给相关的电源管理系统的设计提出更大的挑战。Analog Devices针对这一需求，可以提供一系列车规级的产品和解决方案，满足高效率、小型化、可靠性和安全性等设计要求，本文介绍的四款“芯”方案就是其中的代表作。

在ADAS及其他汽车电源管理系统开发中，你认为哪款方案能够帮你解决设计痛点，让你心动？快来参加我们的小调查，为它投上一票吧！

• MAX25255同步降压转换器

• MAX20411汽车单级降压转换器

• MAX2008x摄像头电源保护IC

• MAX20480汽车电源系统监控器

立即参与调查

该发布文章为独家原创文章，转载请注明来源。对于未经许可的复制和不符合要求的转载我们将保留依法追究法律责任的权利。

关于贸泽电子

贸泽电子（Mouser Electronics）是一家全球授权半导体和电子元器件授权分销商，服务全球广大电子设计群体。贸泽电子原厂授权分销近1,200家知名品牌，可订购数百万种在线产品，为客户提供一站式采购平台，欢迎关注我们，获取第一手的设计与产业资讯信息！

更多精彩

---

原文标题：应对汽车ADAS电源管理设计挑战，谁是你心仪的“芯”方案？

文章出处：【微信公众号：贸泽电子】欢迎添加关注！文章转载请注明出处。