域控制模块 – 面向ADAS应用的汽车功率级
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1 概述
1.1 1.2 简介
高级驾驶辅助系统 (ADAS) 在过去几十年中发展迅猛，如今的汽车已集成了大量的传感器和摄像头，可以监测车辆的每个位置及其周围环境。但是，这些系统的电源需求也随之增加，给电源设计带来新的挑战。本参考设计将以域控制模块为例，为用户提供ADAS电源设计指南。
ADAS电源设计的一个关键部分是如何处理汽车电池中的瞬态电压扰动。其中尤以初始电压尖峰最为重要，因为即使在冷车启动（cold crank）条件下，一些ADAS 子系统也必须保持运作。在这种条件下，输入电源电压可能降至 2.5V。另外，负载突降也会带来危险，因为它会增加 LDO 等有损变换器的功耗。
要确保系统无论输入电压范围如何变化都能正常运行，同时保护电路组件，采用额定电压为42V的升降压（Buck-Boost）变换器至关重要。MPQ8875A即为符合该规范的一款变换器，本参考设计将对其进行介绍。
1.2 特性
- 2.2V至36V宽工作输入电压范围
- 启动冲击期间15W至20W的总可用输出功率
- 4个LDO通道用于同轴电缆供电，每通道电流高达300mA
- 4个LDO通道提供监测、诊断和保护功能
- 5V电压或为辅助设备（CAN、MCU）提供的3.3V电压下，可提供高达1A的连续输出电流
- 降压-升压和PoC LDO可通过I2C接口和OTP存储器进行配置
- 反极性保护符合ISO 16750标准
- 符合CISPR25 5类标准
- 所有部件均符合AEC-Q100 1级认证
1.3 应用
- 高级驾驶辅助系统 (ADAS)
- 传感器融合系统
- 摄像头监测系统
- 信息系统
图 1：域控制模块参考设计电路板
参考设计
2.1 功能框图
图2: 功能框图
图2显示了系统功能框图。首先，MPQ5850通过电池供电，MPQ5850 是一款智能二极管控制器，可以保护整个系统免受反向输入电压的影响，并对叠加在电源线上的任何交流电压进行整流。然后，MPQ5850为MPQ8875A供电，MPQ8875A是一款4开关同步降压-升压变换器，可以承受输入线路上的瞬态电压。MPQ8875A 再为四个功率器件提供稳定的电压水平：两个双通道 LDO、一个负载开关和一个降压变换器。
两个 MPQ2022 器件各提供两个 LDO 通道，并通过具有出色电源抑制比 (PSRR) 的同轴电缆为摄像头和传感器提供高达 300mA 的电流。这两个器件还具有模数转换器 (ADC) 和数字诊断功能。系统中还包含一个负载开关MPQ5069，可以提供额外的稳压输出电压，用于连接额外的ECU。MPQ4431则是一款紧凑型降压变换器，可为微控制器 (MCU) 或 CAN驱动器等辅助设备提供1A电流。
2.2 相关解决方案
本参考设计基于以下 MPS 解决方案：
| MPS集成电路 | 描述 |
| MPQ5850 (1) | 具有超低压差的智能二极管控制器，用于反向输入保护 |
| MPQ8875A | 带I2C接口的同步降压-升压 DC/DC 变换器 |
| MPQ2022 (1) | 带I2C接口的双通道 (LDO) |
| MPQ5069 | 热插拔保护器件，用于保护输出电路免受输入瞬变的影响 |
| MPQ4431 | 内置上下管MOSFET的同步降压变换器 |
表1: 系统规格
(1) 该器件将于近期发布，请联系我们以了解详情。
2.3 系统规格
| 参数 | 规格 |
| 输入电压范围 | 2.5V to 36V |
| 降压-升压输出电压 | 10.5V |
| PoC输出电压 | 10V |
| PoC最大负载电流 | 每通道300mA |
| MPQ4433 最大负载电流 | 1A |
| 开关频率 | 400kHz（标称条件下） |
| MPQ4433 输出电压范围 | 3.3V to 5V |
| MPQ5069 输出电压 | 10.5V |
| MPQ8875A 效率(VIN = 12V) | 98.96% (IOUT = 1A, VOUT = 10.5V) |
| 电路板外形尺寸 | 90mmx90mmx1.6mm |
表2: 系统规格
| 输出电压 | 最大输出电流 |
| 3.3V | 4.3A |
| 5V | 4.1A |
| 8V | 2.8A |
| 10V | 2.1A |
| 12V | 1.8A |
表 4：最大输出电流vs.最小输入电压 (MPQ8875A)
(VOUT = 10.5V, 室温，冷启动配置
| 最小输入电压 | 最大输出电流 |
| 2.5V | 1.42A |
| 3V | 1.9A |
| 3.5V | 2.2A |
| 4V | 2.6A |
| 4.5V | 3.1A |
| 5V | 3.5A |
| 5.5V | 3.9A |
| 6V | 4.2A |
| 6.5V | 4.5A |
| 7V | 4.8A |
表 3：最大输出电流vs.输出电压 (MPQ8875A)
(VCOND_MIN = 3.2V, 室温，冷启动配置)
测试结果
3.1 效率和调整率
图 3：效率vs.负载电流 - 连接一个 LDO 通道的系统
图 4：效率vs.负载电流 - 连接两个 LDO 通道的系统
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