羅姆發(fā)布車載電源樹參考設(shè)計(jì)白皮書

　　近年來,隨著汽車事故預(yù)防措施和自動駕駛技術(shù)的發(fā)展,對支持高等級安全要求(ASIL)的高級駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)的需求也與日俱增。自動駕駛是指由搭載于汽車中的單元代替駕駛員執(zhí)行人類駕駛汽車的四個要素(通過耳朵和眼睛進(jìn)行“認(rèn)知”,通過大腦進(jìn)行“預(yù)測”和“判斷”,通過方向盤和油門進(jìn)行“操作”)的駕駛。要想實(shí)現(xiàn)安全的自動駕駛,需要準(zhǔn)確的感應(yīng)和及時的顯示和控制。因此,硬件中攝像頭和傳感器的使用數(shù)量呈增加趨勢,并且為了能夠準(zhǔn)確地告知情況,對信息娛樂系統(tǒng)也提出了多功能化要求。

　　在這種情況下,用于實(shí)現(xiàn)安全功能的單元還需要監(jiān)控內(nèi)部運(yùn)行狀態(tài),并注意因單元故障而導(dǎo)致的功能喪失情況。這也需要電子電路來監(jiān)控每個單元內(nèi)部的運(yùn)行狀態(tài),這將使電子電路變得更復(fù)雜,使單元和系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要投入的時間變得更長。

　　市場所需的參考設(shè)計(jì)

　　隨著車載單元數(shù)量的增加以及必須通過電子電路實(shí)現(xiàn)的功能的增加,ADAS/信息娛樂系統(tǒng)外圍單元的電子電路需要進(jìn)行以下復(fù)雜的設(shè)計(jì):

　　隨著攝像頭和傳感器數(shù)量的增加,需要安裝的電子元器件數(shù)量也在增加,需要供給的電源軌也變得越來越復(fù)雜,因此需要在成本、尺寸和特性方面進(jìn)行優(yōu)化組合。

　　由于不能犧牲續(xù)航里程,因此就需要高效率的電源系統(tǒng)。

　　由于除了功能設(shè)計(jì)之外還存在其他設(shè)計(jì)元素(例如CISPR25 Class5的噪聲標(biāo)準(zhǔn)),因此不僅需要設(shè)計(jì)產(chǎn)品本身,還需要設(shè)計(jì)整個車載單元。

　　要改進(jìn)單元和系統(tǒng)的安全功能,就需要能夠監(jiān)控電源軌、檢測電子電路故障并將相應(yīng)信息傳輸給CPU的功能。

　　為了滿足此類市場需求,ROHM開發(fā)了滿足單元設(shè)計(jì)所需設(shè)計(jì)元素的參考設(shè)計(jì),并開始公開設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。

　　參考設(shè)計(jì)“REFRPT001”的概要

　　此次介紹的參考設(shè)計(jì)“REFRPT001”(https://www.rohm.com.cn/reference-designs/refrpt001)的概要如下:

　　配備8個系統(tǒng)的電源功能,涵蓋ADAS/信息娛樂(https://www.rohm.com.cn/solution/automotive/infotainment-and-cluster)功能所需的電源軌。

　　一次(*1)DC/DC轉(zhuǎn)換器IC采用“BD9P系列”,即使輸入電壓低于設(shè)定的輸出電壓(例如電池啟動時),也可以穩(wěn)定地供電。

　　二次(*1)DC/DC轉(zhuǎn)換器IC采用“BD9S系列”,該系列產(chǎn)品具有超小型和超高效的特點(diǎn)。

　　電源監(jiān)控IC采用“BD39040MUF-C”,可以監(jiān)控全部8個系統(tǒng)的輸出電壓,并具備IC自我診斷功能,有助于提高功能安全等級。

　　已完成系統(tǒng)級驗(yàn)證

　　-已完成標(biāo)準(zhǔn)電氣特性測試

　　-已完成EMC測試(在沒有輸入濾波器的條件下,符合CISPR25 Class5要求)

　　-已完成熱測試(分散配置高效率DC/DC轉(zhuǎn)換器IC,可分散熱量)

　　所使用的IC和分立元器件均符合車載AEC-Q100和AEC-Q101標(biāo)準(zhǔn)。

　　主要IC均支持功能安全“FS supportive(*2)”。

　　參考設(shè)計(jì)“REFRPT001”的參考板“REFRPT001-EVK-001”的外觀圖(圖1)和框圖(圖2)如下。假定條件:從2個系統(tǒng)的一次DC/DC轉(zhuǎn)換器“ BD9P系列”分別分支出4個系統(tǒng)輸出,并為SoC、MCU和CAN設(shè)備供電。另外,由于8個系統(tǒng)的輸出電源軌均由電源監(jiān)控IC負(fù)責(zé)監(jiān)控,因此有助于提高功能安全系統(tǒng)的等級。

圖1. 參考板“REFRPT001-EVK-001”的外觀圖

圖2. 參考設(shè)計(jì)“REFRPT001”的框圖

　　接下來是作為評估數(shù)據(jù)而公開的EMC測試結(jié)果。從測試結(jié)果可以看出,即使讓整個參考板運(yùn)行,在沒有輸入濾波器的情況下,EMC輻射噪聲(天線垂直)(圖3)、輻射噪聲(天線水平)(圖4)和傳導(dǎo)噪聲(圖5)均符合CISPR25 Class5標(biāo)準(zhǔn)。在PCB上還預(yù)先預(yù)備了用于增加噪聲特性余量的輸入濾波器安裝圖案,因此還可以針對會對整個單元的改進(jìn)工作具有重大影響的EMC問題采取增加輸入濾波器的措施。

圖3. 輻射噪聲(天線垂直)

圖4.輻射噪聲(天線水平)

圖5.傳導(dǎo)噪聲

　　全力支持客戶設(shè)計(jì)的內(nèi)容和工具

　　針對參考設(shè)計(jì)“REFRPT001”(https://www.rohm.com.cn/reference-designs/refrpt001),已經(jīng)在ROHM官網(wǎng)上公開了以　　下數(shù)據(jù)作為支持客戶設(shè)計(jì)的開發(fā)工具(內(nèi)容和工具)。

　　參考框圖 / 參考電路圖 / 零部件清單(BOM)

　　PCB信息 / Gerber數(shù)據(jù)

　　測試報(bào)告(電氣特性、EMC特性、熱特性)

　　免費(fèi)的在線仿真工具(參考設(shè)計(jì)的部分電路)

　　所搭載產(chǎn)品的SPICE模型

　　所搭載產(chǎn)品的CAD工具用符號&引腳焊盤

　　所搭載產(chǎn)品的熱仿真用熱模型

　　另外,如上所述,還可以使用ROHM Solution Simulator(*3)(https://www.rohm.com.cn/solution-simulator)對本參考設(shè)計(jì)的部分電路進(jìn)行仿真。ROHM Solution Simulator是一款免費(fèi)的在線仿真工具,由于還提供包括外圍電路在內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)電路,因此無需準(zhǔn)備仿真電路和模型就可以輕松地進(jìn)行仿真。接下來介紹一個仿真示例。

　　圖6是2個系統(tǒng)電源樹的仿真示例,該電源樹為電池供電,一次DC/DC轉(zhuǎn)換器IC“BD9P105”后段配備有二次DC/DC轉(zhuǎn)換器IC“BD9S201”和LDO“BD00IA5M”。(請點(diǎn)擊這里https://www.rohm.com.cn/login?redirect=/solution-simulator/adas_info-display_application-1查看仿真電路。需要注冊“我的羅姆”。)

圖6. 2個系統(tǒng)電源樹的仿真電路(1)

　　圖7是3個系統(tǒng)電源樹的仿真示例,該電源樹為電池供電,一次DC/DC轉(zhuǎn)換器IC“BD9P205”后段配備有各種二次DC/DC轉(zhuǎn)換器IC。

　　(請點(diǎn)擊這里 https://www.rohm.com.cn/login?redirect=/solution-simulator/adas_info-display_application-2查看仿真電路。需要注冊“我的羅姆”。)

圖7. 3個系統(tǒng)電源樹的仿真電路(2)

　　將這些參考設(shè)計(jì)的開發(fā)工具和仿真用于ADAS/信息娛樂系統(tǒng)外圍單元的設(shè)計(jì),可以節(jié)省部件選型的麻煩并可切實(shí)靠地進(jìn)行電路驗(yàn)證,從而可以大大減少單元設(shè)計(jì)的工時。

　　融入先進(jìn)技術(shù)的產(chǎn)品,成就ROHM特色參考設(shè)計(jì)

　　這次的特色參考設(shè)計(jì)由凝聚了先進(jìn)技術(shù)和功能的產(chǎn)品打造而成。

　　BD9P系列(https://www.rohm.com.cn/products/power-management/switching-regulators/integrated-fet/buck-converters-synchronous/information)(采用Nano Pulse Control TM技術(shù)的產(chǎn)品(*4))

　　-42V耐壓、車載一次DC/DC轉(zhuǎn)換器IC系列(表1)

　　-具有出色的高速響應(yīng)性能,可在電池啟動后立即穩(wěn)定供電

　　-具有展頻功能,低EMI(低噪聲)

　　-支持功能安全“FS supportive”

表1. 一次DC/DC轉(zhuǎn)換器IC“BD9P系列”產(chǎn)品陣容

　　BD9S系列

　　(https://www.rohm.com.cn/products/power-management/switching-regulators?SearchWord=bd9s)

　　-車載二次DC/DC轉(zhuǎn)換器IC系列(表2)

　　-搭載有助于提高系統(tǒng)可靠性的輸出電壓監(jiān)控功能,并且可以設(shè)置軟啟動時間

　　-超高效運(yùn)行

　　-開關(guān)頻率2.2MHz(typ.),不會干擾AM頻段

　　-支持功能安全“FS supportive”

　　表2. 二次DC/DC轉(zhuǎn)換器IC“BD9S系列”產(chǎn)品陣容

　　BD39040MUF-C(https://www.rohm.com.cn/products/power-management/voltage-detectors/watchdog-timeout/bd39040muf-c-product)

　　-內(nèi)置自我診斷功能(BIST)且支持功能安全的電源監(jiān)控IC(圖8)

　　-搭載可調(diào)看門狗定時器(Window型)以及過電壓監(jiān)測、欠壓監(jiān)測、復(fù)位功能

　　-搭載自我診斷功能(BIST),不僅可監(jiān)控系統(tǒng)的電源軌,還可以檢測潛在故障

　　-內(nèi)部基準(zhǔn)電壓電路和振蕩電路采用多路復(fù)用,故障概率顯著降低

　　-支持功能安全“FS supportive”

　　-3mm x 3mm小型封裝,可輕松改造系統(tǒng)

圖8. 電源監(jiān)控IC“BD39040MUF-C”的特點(diǎn)

　　RBR3LAM60BTF(https://www.rohm.com.cn/products/diodes/schottky-barrier-diodes/automotive/rbr3lam60btf-product)

　　車載級(符合AEC-Q101)高可靠性,60V肖特基勢壘二極管。在本參考設(shè)計(jì)中,用作電池輸入端的防回流二極管。為了盡可能地減少二極管正向電壓(Vf)引起的電壓降,采用了Vf很低的RBR系列。

　　RV4C020ZPHZG(https://www.rohm.com.cn/products/mosfets/automotive/single-pch/rv4c020zphzg-product)

　　車載級(符合AEC-Q101)高可靠性,1.5V驅(qū)動低導(dǎo)通電阻Pch MOSFET。底部電極封裝,但由于采用安裝可靠性更高的可潤濕側(cè)翼形狀,因此安裝后的視認(rèn)性更好。在本參考設(shè)計(jì)中,用作將3.3V系統(tǒng)分支的負(fù)載開關(guān)。

　　結(jié)語

　　未來ROHM將繼續(xù)開發(fā)先進(jìn)的產(chǎn)品和協(xié)助將這些產(chǎn)品應(yīng)用到應(yīng)用產(chǎn)品中的參考設(shè)計(jì),為客戶所開發(fā)的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)節(jié)能、小型化、降低發(fā)熱量、減少設(shè)計(jì)工時、提高功能安全等級貢獻(xiàn)力量。ROHM相信,繼續(xù)并持續(xù)地努力將會為汽車社會帶來安全與安心,并為世界各地的人們帶來更加豐富多彩的生活。