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图3是在前两者的基础上,低压电源的监控及诊断更为完善,同时增加了高压/低压的DC-DC备用电源,可以满足最高安全等级(ASIL D)的需求,虚线框内备注了利用该电源芯片搭建的电源拓扑。
图3:符合功能安全ASIL D的电源架构
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(注,此处所展示的电源拓扑仅为一定范围内调研的通用解决方案,不代表车在电机控制器内电源的所有应用案例,下同)。
■ 电源转换类芯片
闪存作为一种存储介质,广泛应用于固态硬盘,UFS,eMMC,SD卡,U盘等存储产品中;闪存是一种非易失性存储器,即断电数据也不会丢失。
车载系统电源通常来自于电池,乘用车与商用车一般分别采用12V与24V电池电压。由于车载系统特殊的工况,该电压存在一定的波动范围。对于车载系统中具体的用电芯片,往往不能直接使用电池电压,需要电源转换类芯片将电池电压转换到芯片所需的电压值。以下对DC-DC开关电源与LDO线性电源两类进行分析。
(1)DC-DC开关稳压器
DC-DC开关稳压器是指直流电压到直流电压稳压器,常指开关电源。DC-DC芯片的功率管工作于高频开关状态,利用电感、电容进行储能与滤波来达到电压转换的功能。
根据功率管是外置还是内部集成,可以把DC-DC芯片进一步分为直流转换控制器与直流开关转换器,通常针对大电流输出场景采用直流转换控制器架构,电流输出较小的应用场景采用集成功率管的直流开关转换器。根据输出电压与输入电压之间的关系,又可以分为Buck,Boost,Buck/Boost几种常用拓扑架构,除此之外还有Sepic,Cuk,Zeta等拓扑架构,由于后者在车载系统中应用相对较少,本文不做展开。
下表为DC-DC开关稳压器分类,主要功能,关键参数和应用场景。
DC-DC开关稳压器情况
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(2)LDO Regulator线性稳压器
LDO Regulator是指低压差(Low Drop-Out)线性稳压器,同样广泛应用于车载系统的电压转换。与DC-DC开关稳压器不同,线性稳压器的功率管并非工作于高频开关状态,而是工作于输出特性曲线的某个特定点。相比于DC-DC芯片,LDO有更低的噪声,外部被动器件少,电路简单,较少带来EMC干扰等优点。但是LDO的电源转换效率低,尤其是输入输出压差较大的时候,发热明显高于DC-DC,因此不适合大电流输出场景,通常输出电流在数百mA到数A以内。
对于LDO,根据输出电压的调节方式,又可分为通用型LDO以及跟随型LDO。通用型LDO的应用最为广泛,几乎每个车载系统都会有应用。跟随型LDO有特定的应用场景,需要该LDO的输出电压跟随另一路LDO的输出电压或基准电压的变化而变化。
下表为LDO Regulator线性稳压器分类,主要功能,关键参数和应用场景。
LDO Regulator线性稳压器情况
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■ 国产电源芯片原厂汇总及情况
电源类芯片在汽车内应用较为广泛,国内企业技术发展相对成熟,以全志科技、华大半导体、圣邦微、瓴芯等为代表的国内企业在LDO、芯片、DCDC芯片、PMU芯片等应用领域均有较为成熟的产品,目前正在逐步开展国产导入。
(1)LDO芯片
(2)DC/DC芯片
● icspec——规格书、ic需求
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