关于现代化汽车的安全和功耗要求的讲解

随着现代化汽车的电子功能不断增多，开发人员必须解决诸如电池电量耗尽、更大的电源波动等问题，同时满足安全要求。现代化汽车上的舒适、安全和性能功能逐年增多。为了在不牺牲性能的情况下有效降低功耗，这些特性由多个电子控制单元(ECU)和一个功能强大、稳定的汽车电源管理IC(PMIC)管理。ECU在为汽车增加价值和差异优势的同时也带来了一些问题。

例如，OEM现在需要解决电池电压不稳的问题，将子系统放入有限的空间内，支持“always on”(永远在线)功能，并满足严格的安全要求。设计人员当然希望在不增加设计周期或系统成本的前提下做到这一切。通过迁移至一个采用升降压转换器技术的架构，OEM将能满足日益增多的汽车功耗要求，同时提升系统可靠性、缩短设计周期并降低成本。

适合小尺寸系统：由于ECU必须装入车内有限的空间中，因此希望具有尽可能小的外形规格。例如， 先进驾驶辅助系统(ADAS)获得了市场热捧，它们包含自动紧急制动、车道偏离报警、车道保持等多个辅助系统。ADAS系统必须安装在车上有限的空间中。除了紧凑之外， ECU还必须降低系统成本，同时又不牺牲功能和安全。

支持永远在线：当今汽车拥有越来越多的“永远在线”系统，例如引擎关闭时仍在运行的传感器。此类ECU需要最大程度降低功耗，并在待机模式下运行，以防电池在充电间隔期间(比如在行驶过程中)耗尽电量。

在所有运行条件下都满足安全要求：越来越多的汽车安装了防碰撞和自动驾驶系统。因此，ECU内置的诊断功能必须在所有运行情况下都能满足安全要求。

满足系统要求，同时又不增加设计周期或系统成本：在引入新的复杂技术时，即使汽车市场也面临压缩设计周期的压力。需要使用易用的设计验证工具和评估工具包来加快设计进程，并简化设计验证工作。

采用升降压技术提供稳定的电源

为了支持汽车电子设备，汽车中一直使用降压转换器提供主电源，如5V电池电压。但是，在“启停”和“冷起动”情况下，电池电压会降至5V以下。

为了减少电压波动，并防止其影响电池性能，汽车厂商在汽车电源管理系统中采用了大容量电容器。通常采用的是电介质电容器，但是其比较臃肿，而且不可靠。此外，由于“负载突降”情况需要35V以上的输入电压，因此使用的电容器通常价格较高。

我们可以使用一个具备升压功能的降压转换器来替代电解电容。升降压技术可以根据输入如电压在降压转换和升压转换之间无缝切换运行模式，从而稳定电源输出。例如，Cypress S6BP20x系列电源管理IC专为汽车应用而设计，提供升降压功能和宽广的2.5-42 V输入电压范围。将升压功能内置到降压转换器中，既降低了BOM成本，同时也减少了电源管理系统的尺寸。

PMIC还具备直接连接汽车电池的优势。它们在待机模式下消耗极少，因此非常节电，不容易耗尽电池电量。大容量电解电容在12V的漏电电流超过100μA，而诸如Cypress S6BP202A等升降压转换器的静态电流仅为20μA。它们不仅极大降低了功耗，而且还能在冷起动和负载突降时提供稳定的运行。

内置安全功能

内置升压技术、消除电解电容的一大优势是：能够更容易满足所有运行条件下的安全要求。以下是车用PMIC提供的保护功能：

欠压锁定保护(UVLO)：当PMIC的输入电压降至指定阀值以下，UVLO功能将停止PMIC运行，以阻止异常工作。

过压保护(OVP) ：当PMIC的输出电压异常升高超过指定阀值，OVP功能将被触发，防止输出电压上升超过限值，并停止PMIC运行以保护外围设备。

过流保护(OCP) ：当负载电路故障导致PMIC输出发生短路时，OCP安全功能将限制负载电流，以防电流损害。

热关机(TSD) ：当PMIC的温度超过指定阀值，TSD功能将停止PMIC运行，以防热损害。

电源良好(PG) ：PMIC提供一个输出信号，用于表示电源已就绪。PG安全功能可以防止外围设备运行于不恰当的电压，从而避免损害或错误结果。

设计验证

设计验证是满足安全要求的一个重要环节。为了加快设计进程和简化设计验证工作，很多PMIC厂商提供包含设计验证工具的评估工具包。这些评估工具包可让开发人员检查设计是否满足规格要求，但开发人员通常还是需要花更多精力来精确测量不同条件下的规格参数。幸而，有设计工具可以简化这个过程。例如，赛普拉斯的评估工具包提供基于网页的Easy DesignSimTM软件工具(http://www.cypress.com/easy-design-sim )。这些工具能够加快电源管理系统的设计集成，能够让设计人员在检查原理图的同时执行各种测量，其中包括BOM用量分析、瞬态分析、稳态分析、开机和关机。

先进的汽车电子设备可提供更多功能，加强驾驶员安全保证，但代价却是导致电源波动的加剧。升降压技术可消除臃肿的电容器，降低系统成本并缩减尺寸。此外，集成PMIC还可降低电池电量耗尽的风险，同时借助各项内置安全功能提升系统的整体可靠性。设计工具还可加快设计和设计验证速度。