【導(dǎo)讀】對于消費者來說，汽車無疑是相當(dāng)“大”的一個消費品，因此在購買之前需要仔細權(quán)衡各種因素。而在諸多因素中，除了動力、外形等這些硬指標，如今安全與舒適性在人們購買決策時的權(quán)重也越來越高。
這是因為今天的汽車已經(jīng)不再是一個簡單的運載工具，而是演變成人們?nèi)粘Ｉ钪芯蛹液娃k公之外的“第三空間”，因此大家對于車輪上、座艙中的這段時間如何度過，也會有更多的期許。而為了滿足消費者無止境的需求，開發(fā)者們也在不斷推出新型的車載產(chǎn)品，以提供不一樣的用戶體驗。比如下面這些新概念的產(chǎn)品和應(yīng)用：
ADAS和自動駕駛
讓汽車安全地自主駕駛，將人類從枯燥、累人的駕駛操作中徹底解放出來，可以說是人們對于汽車進化的“終極想象”。不論是今天的ADAS還是明天真正的自動駕駛，都是一種兼具安全性和舒適性的新功能。
車載LED照明
車外照明（也就是車燈）能夠增強駕駛員的視覺能力，也是一種車與車之間通用的溝通“語言”，在安全性上的重要性不言而喻；而車內(nèi)照明則有利于營造一種舒適的駕乘氛圍，為用戶提供更舒適的體驗。不論是車外還是車內(nèi)照明，從傳統(tǒng)光源向LED遷移已經(jīng)是大勢所趨，由此帶來的車載照明產(chǎn)品在使用壽命、可靠性和靈活性上的提升，已經(jīng)得到了市場的驗證。
智能座艙
這其中涵蓋多種組件，比如中控、電子儀表盤、車機，以及比較新潮的HUD、手勢/語音識別、疲勞駕駛檢測等功能。不過它們設(shè)計的一個核心要義都是要成為一個高效和安全的人機交互界面(HMI),確保駕駛員能夠快捷、直觀、準確地獲得信息，并做出及時、正確的決策。這自然也是提升駕駛安全和舒適性的關(guān)鍵一環(huán)。
類似的車載產(chǎn)品和方案還有很多，市場上也在不斷涌現(xiàn)讓人眼前一亮的新物種。不過所有這些產(chǎn)品和方案都有一個共同的特點——它們都是日益智能化的汽車電子產(chǎn)品。這也代表著一個大趨勢：汽車的電子化程度在不斷提升。據(jù)德勤（Deloitte）的研究報告，到2030年電子產(chǎn)品將占到整車成本的45％。
汽車電源管理設(shè)計的挑戰(zhàn)
車載電子系統(tǒng)的增加，也意味著整車中的用電負載數(shù)量大幅增加，這樣的壓力會直接轉(zhuǎn)嫁到汽車電源管理器件身上。
汽車電源管理器件的任務(wù)，就是將來自車載電池的電能通過多級的轉(zhuǎn)換，最終輸出給不同的汽車電子負載，其能否穩(wěn)定可靠地工作，關(guān)系到各個車載電子部件的狀態(tài)，可謂是“責(zé)任重大”。
圖1：汽車電源管理系統(tǒng)簡圖
（圖源：ROHM Semiconductor）
而且值得注意的是，汽車電源管理器件想要滿足系統(tǒng)設(shè)計要求，并非簡單的完成電能轉(zhuǎn)換即可，而是要根據(jù)汽車應(yīng)用環(huán)境的特殊要求進行專門的優(yōu)化。這些需要特殊考量的設(shè)計要求包括：
01 轉(zhuǎn)換效率
這是電源管理設(shè)計中非常關(guān)鍵的一個指標，在整車用電負載數(shù)量和總能耗不斷攀升的背景下，在每一個電源轉(zhuǎn)換節(jié)點上對效率錙銖必較，都非常有意義。這就需要汽車電源管理器件在提升電源轉(zhuǎn)換效率、降低靜態(tài)電流等方面持續(xù)優(yōu)化，不斷精進。
02 可靠性
汽車工作環(huán)境復(fù)雜，但是對于可靠性的要求卻更高。電源管理器件是否能夠在電壓波動或者受到瞬態(tài)大能量沖擊時，仍然能夠保持一致、穩(wěn)定的運行，顯得尤為關(guān)鍵。因此，更可靠的過壓、過流、過溫等電路保護功能，往往會被集成到汽車電源管理器件中。
03 熱管理
過高的溫度會影響元器件的可靠性和壽命，而電源管理器件自身的發(fā)熱以及汽車狹小而惡劣的應(yīng)用環(huán)境，也會加劇這一挑戰(zhàn)。提升電源管理的效率、采用利于散熱的封裝、優(yōu)化PCB設(shè)計等舉措，都有利于應(yīng)對熱管理的挑戰(zhàn)，進而避免在設(shè)計中使用笨重、昂貴的散熱器。
04 電磁兼容
EMI電磁干擾是汽車電子產(chǎn)品設(shè)計所面對的一個主要問題，它會干擾電子設(shè)備的運行，對車輛和駕乘人員的安全帶來危險。具體到電源管理上，常用的DC-DC開關(guān)穩(wěn)壓器本身就是一個噪聲源，而且穩(wěn)壓器數(shù)量的增加、開關(guān)頻率的提升，以及設(shè)計小型化的要求，都會增加電磁兼容（EMC）設(shè)計的難度。為此，汽車電源管理器件需要采用一些特殊技術(shù)，來確保最終的系統(tǒng)設(shè)計符合CISPR 25 Class 5等EMC規(guī)范要求。
05 小型化
面對汽車上有限的空間，電源器件的小型化也是一個關(guān)鍵特性，采用更小的封裝以減少占板面積，或者是在單芯片上集成更多的功能以簡化系統(tǒng)BOM，都是行之有效的舉措。電源管理系統(tǒng)的簡化，也可以為其他組件提供更大的空間，為整車的電子系統(tǒng)設(shè)計帶來更大的靈活性。
06 成本效益
雖然不像消費電子領(lǐng)域那么“卷”，不過成本仍然是汽車產(chǎn)品設(shè)計時的一個關(guān)鍵要素。而且這種成本優(yōu)化的考量是綜合的，除了電源管理器件本身的成本，是否有利于簡化系統(tǒng)設(shè)計、縮短開發(fā)周期，或者便于在不同市場中的擴展，都會影響最終的成本效益，這也是電源管理器件可以為用戶提供的價值所在。
總之，用于汽車安全和舒適性設(shè)計的電源管理器件，與通用型的產(chǎn)品相比會有更多的約束條件。當(dāng)然，這也設(shè)置了一道無形的競爭壁壘，想要進入這個領(lǐng)域的廠商必須拿出一些硬實力、真功夫。
在汽車電源管理領(lǐng)域，ROHM Semiconductor（以下簡稱ROHM）就是這樣一家實力出眾、功夫了得的廠商。他們提供的產(chǎn)品不僅全，覆蓋DC-DC轉(zhuǎn)換器、LDO線性穩(wěn)壓器、LED驅(qū)動器、PMIC、電池管理IC等各個細分品類，而且每一顆電源管理IC都是圍繞著車載應(yīng)用的要求而精心優(yōu)化和打造的，可以很好地支撐開發(fā)者在安全和舒適領(lǐng)域各種各樣的設(shè)計創(chuàng)想。
高效且高速的車載DC-DC轉(zhuǎn)換器
在汽車電源管理領(lǐng)域，車載DC-DC轉(zhuǎn)換器（開關(guān)穩(wěn)壓器）憑借效率高、電壓轉(zhuǎn)換靈活（可支持降壓、升壓和升降壓）、適用功率范圍廣等特點，應(yīng)用非常廣泛。不過，DC-DC轉(zhuǎn)換器在開關(guān)動作中會產(chǎn)生較多噪聲，且汽車電池或發(fā)電機輸出電壓波動較大，這都會對車載DC-DC轉(zhuǎn)換器的設(shè)計和應(yīng)用提出不小的挑戰(zhàn)。
ROHM推出的BD9P系列初級DC-DC轉(zhuǎn)換器就能夠輕松化解這些挑戰(zhàn)。其采用ROHM特有的Nano Pulse Control?技術(shù)，以及新型的控制技術(shù)，在實現(xiàn)高速響應(yīng)特性的同時仍然保持很高的效率——高負載時（輸出電流1A）轉(zhuǎn)換效率高達92％，且在輕負載時（輸出電流1mA）也達到了85％，非常適合于ADAS相關(guān)的傳感器、攝像頭、雷達、汽車信息娛樂系統(tǒng)及儀表盤等應(yīng)用。
圖2：BD9P系列初級DC-DC轉(zhuǎn)換器
（圖源：ROHM Semiconductor）
與同類的產(chǎn)品相比，BD9P系列DC-DC轉(zhuǎn)換器中突出的優(yōu)勢包括：
在極寬負載電流范圍中實現(xiàn)高效率。以往的電源IC，為了確保高速響應(yīng)性能，需要較大的驅(qū)動電流，這就使得其在輕負載時很難同時實現(xiàn)高效率。而BD9P系列產(chǎn)品搭載了采用新型控制方式的電路，從輕負載到高負載均實現(xiàn)了非常出色的高效率，也就是說無論是汽車引擎停止還是運轉(zhuǎn)時，都可以降低應(yīng)用產(chǎn)品的功耗。
圖3：BD9P系列在不同負載下均有高效率表現(xiàn)
（圖源：ROHM Semiconductor）
電池電壓波動時也可穩(wěn)定工作。通常DC-DC轉(zhuǎn)換器在輸入電壓波動時可能會引起負載電流的降低，進而發(fā)生輸出電壓過沖問題，而BD9P系列DC-DC轉(zhuǎn)換器的電壓過沖僅有普通DC-DC轉(zhuǎn)換器的1/10，使得車載電子設(shè)備在由于發(fā)動機起停引發(fā)電池電壓波動的情況下，也可以穩(wěn)定工作；而且還可以省去以往為應(yīng)對過沖問題而使用的輸出電容器，這也有利于簡化系統(tǒng)，節(jié)省成本。
圖4：BD9P系列在電池電壓波動時也可穩(wěn)定工作（圖源：ROHM Semiconductor）
具有優(yōu)異的噪聲抑制性能。由于采用了Nano PulseControl?超高速脈沖控制技術(shù)，BD9P系列IC可始終在2.2MHz工作，而不會干擾AM廣播頻段（高達1.84MHz）。此外，由于內(nèi)置展頻功能，可有效降低噪聲峰值，進一步抑制噪聲，因此該DC-DC轉(zhuǎn)換器非常適用于對EMI敏感的車載應(yīng)用。
＜關(guān)于Nano Pulse Control?＞
一種超高速脈沖控制技術(shù)。實現(xiàn)了納秒（ns）級的開關(guān)導(dǎo)通時間（電源IC的控制脈沖寬度），使以往無法實現(xiàn)的高電壓到低電壓的轉(zhuǎn)換成為可能。
您可通過詳詢ROHM以便進一步了解Nano Pulse Control?技術(shù)。
特別值得一提的是，BD9P系列可以和ROHM的BD9S系列次級DC/DC轉(zhuǎn)換器配合使用，提供一個完整的高效、高速車載電源解決方案。ROHM也可以提供相關(guān)的參考設(shè)計方案，以及免費的在線仿真工具，大大加速車載電源系統(tǒng)的研發(fā)過程，節(jié)省綜合成本。
圖5：基于BD9P和BD9S的車載DC/DC參考設(shè)計（圖源：ROHM Semiconductor）
低功耗超小型LDO
除了DC-DC轉(zhuǎn)換器，LDO線性穩(wěn)壓器也是車載電源管理系統(tǒng)中常用的器件。由于其具有噪聲少、結(jié)構(gòu)簡單、成本低等特性，常用于噪聲和成本敏感型的應(yīng)用。
在LDO方面，ROHM同樣具有很豐富的產(chǎn)品組合，而針對安全和舒適性應(yīng)用，ROHM還專門開發(fā)了一些極具特色的產(chǎn)品，比如下面這款面向ADAS、車載雷達、車用儀表等應(yīng)用而開發(fā)的BUxxJA2MNVX-C系列LDO，能夠滿足相關(guān)應(yīng)用外形小、功耗低和響應(yīng)快的設(shè)計要求。
圖6：BUxxJA2MNVX-C系列LDO
（圖源：ROHM Semiconductor）
外形方面，BUxxJA2MNVX-C系列LDO采用了1.0mm × 1.0mm超小型封裝，與常見的1.5mm x 1.5mm封裝的LDO相比，貼裝面積減少了55%！此外，為了解決輸入電壓變動時輸出電壓變動及振蕩問題，通常需要使用一個外置電容，相較于以往LDO產(chǎn)品所采用的1.0μF電容，BUxxJA2MNVX-C系列LDO僅需0.22μF電容即滿足穩(wěn)定輸出電壓的需要，這就使得整個電路系統(tǒng)的占板面積進一步縮小。
圖7：BUxxJA2MNVX-C系列LDO采用超小型封裝（圖源：ROHM Semiconductor）
在功耗和響應(yīng)特性方面，BUxxJA2MNVX-C系列采用基準電壓電路、放大電路等獨有的電路技術(shù)，使得器件的消耗電流僅為35μA，這個數(shù)值只有以往產(chǎn)品的一半。而且消耗電流的降低并沒有影響該LDO的響應(yīng)特性，負載變動低至65mV。
可以想見，當(dāng)工程師面對著小型化、低功耗、高可靠的車載電源系統(tǒng)設(shè)計挑戰(zhàn)時，有這樣一顆LDO擺在面前，難免不會心動。
高效率低EMI的PMIC
如果希望在有限的車載空間內(nèi)，設(shè)計集成度更高、占位更小的電源系統(tǒng)，PMIC（電源管理IC）是一個不錯的選擇。所謂PMIC就是一種在單芯片中集成了多個電源管理電路，以及時序控制等功能的IC，與采用獨立DC-DC、LDO及分立元件等搭建的電源系統(tǒng)相比，PMIC在減少空間和縮短開發(fā)周期方面優(yōu)勢明顯。這些特性自然也會受到不少車載應(yīng)用的青睞。
圖8：BD86852MUF-C PMIC
（圖源：ROHM Semiconductor）
ROHM的BD86852MUF-C就是一款專為ADAS車載攝像頭應(yīng)用而打造的PMIC，其集成有3個初級和次級降壓DC-DC轉(zhuǎn)換器、外部線性穩(wěn)壓器控制模塊，以及CMOS傳感器和圖像傳感電源的上電復(fù)位功能，僅通過單個IC即可進行電壓設(shè)置和時序控制，因此系統(tǒng)占板面積可減少約41％，十分有利于車載攝像頭模塊的小型化設(shè)計。
圖9：采用BD86852MUF-C PMIC
顯著減小電源系統(tǒng)占板面積
（圖源：ROHM Semiconductor）
除了小型化，BD86852MUF-C PMIC在提升電源轉(zhuǎn)換效率、降低車載攝像頭模塊的功耗上也進行了優(yōu)化。由于BD86852MUF-C是通過外置的LDO向CMOS圖像傳感器供電，有利于將集中在IC中的熱量分散開，而通過抑制整個電路的發(fā)熱量，可以實現(xiàn)高達78.6％的轉(zhuǎn)換效率，比普通產(chǎn)品提升約4％。
圖10：BD86852MUF-C PMIC應(yīng)用示意圖
（圖源：ROHM Semiconductor）
而且這種電路設(shè)計還有一個好處，由于縮短了CMOS圖像傳感器和LDO之間的距離，因此可以減少對電源線的干擾噪聲，為CMOS圖像傳感器提供穩(wěn)定供電。同時，BD86852MUF-C還有進一步減少EMI的對策——它在內(nèi)置的DC-DC轉(zhuǎn)換器中配備了展頻功能，可將開關(guān)帶來的EMI噪聲峰值降低約10dB。這對于空間有限、電磁環(huán)境復(fù)雜的車載應(yīng)用無疑是個佳音。
此外，BD86852MUF-C中還集成了各種保護功能，以及用來監(jiān)控電壓狀態(tài)的Power Good功能，確保其可靠穩(wěn)定的工作。而且，BD86852MUF-C PMIC的上述性能優(yōu)勢，已經(jīng)在系統(tǒng)級的應(yīng)用中得到了驗證，成為ROHM小型化、高效率、低EMI的車載攝像頭模塊解決方案中關(guān)鍵的一部分（如圖4）。
圖11：ROHM車載攝像頭模塊解決方案
（圖源：ROHM Semiconductor）
低成本省空間的LED驅(qū)動器
LED照明在汽車中日益廣泛的應(yīng)用，一直在推動車用LED驅(qū)動器的發(fā)展。ROHM自然不會錯過這個市場機遇，推出了一系列符合AEC-Q100標準的車用LED驅(qū)動器IC，包括升壓、降壓、升降壓、充電泵、恒流LED驅(qū)動器等全系的產(chǎn)品類型，覆蓋汽車外部照明（尾燈、轉(zhuǎn)向燈、DRL/定位燈和霧燈）、內(nèi)部照明、相機閃光燈、儀表板背光燈和LED狀態(tài)指示燈等各類應(yīng)用。
這些LED驅(qū)動器都針對目標應(yīng)用進行了優(yōu)化，比如下面介紹的這款內(nèi)置MOSFET的4通道LED驅(qū)動器BD183x7EFV-M，就在減小空間、節(jié)省成本方面獨具優(yōu)勢。之所以具有這些優(yōu)勢，是因為該LED驅(qū)動器采用了ROHM特有的熱分散電路和LED單獨控制功能兩項新技術(shù)。
以往在多通道LED驅(qū)動電路設(shè)計中，各輸出通道需要不同的熱分散電路引腳，而BD183x7EFV-M利用獨有的熱分散電路，將多個引腳簡化為1個引腳，通過一個小型的16-pin封裝就實現(xiàn)了4通道更高輸出（150mA/ch）。與此同時，LED單獨控制功能也讓以往需要兩個LED驅(qū)動器實現(xiàn)對不同規(guī)格LED的驅(qū)動，現(xiàn)在只需一個驅(qū)動器就能實現(xiàn)，使得最終設(shè)計方案的占板面積大大減少。
圖12：采用BD183x7EFV-M設(shè)計的
LED驅(qū)動方案占板面積大幅削減
（圖源：ROHM Semiconductor）
BD183x7EFV-M在節(jié)省成本方面的價值，是通過簡化設(shè)計流程來實現(xiàn)的。以往的多通道LED驅(qū)動產(chǎn)品需要為每個通道設(shè)計相對應(yīng)的熱分散電路，需要考慮每個通道LED的熱分散電阻電氣特性偏差以進行權(quán)衡調(diào)整，費時費力。而采用特有熱分散電路的BD183x7EFV-M，只有一個熱分散電路引腳，僅需進行一次熱設(shè)計，省時省力。
LED單獨控制功能同樣有助于簡化系統(tǒng)設(shè)計，縮短設(shè)計周期。BD183x7EFV-M內(nèi)置靈活的LED單獨控制功能，當(dāng)LED發(fā)生異常時，可選擇關(guān)閉所有通道或僅關(guān)閉單通道。由于世界各國對于發(fā)生異常時車載照明的安全標準不同，這一靈活的功能有助于用同一器件和方案應(yīng)對不同國家和地區(qū)的法律法規(guī)，使得同一機型在全球不同市場擴展時，無需重新設(shè)計或大大減少研發(fā)的工時。
圖13：BD183x7EFV-M的靈活性可支持
設(shè)計方案在不同市場的快速擴展
（圖源：ROHM Semiconductor）
此外，BD183x7EFV-M還配備了能夠提高設(shè)計靈活性的時序亮燈功能，僅需增加電阻器等外置元件即可實現(xiàn)不同機型擴展設(shè)計；而且還具有豐富的保護功能，在異常發(fā)生時防止LED驅(qū)動器和外圍電路被損壞。
上述這些特性，讓BD183x7EFV-M非常適合用于汽車及新興的兩輪機動車的尾燈（剎車燈、后尾燈）、霧燈、轉(zhuǎn)向燈等汽車照明系統(tǒng)，讓駕乘體驗更安全更舒適。
本文小結(jié)
汽車安全和舒適性功能的擴展和用戶體驗的升級，少不了車載電源管理IC的助力。高效率、高可靠、小型化、低EMI，符合EMC要求、具有成本效益……諸多設(shè)計要求擺在面前，難免會讓工程師撓頭。
不過，如果你進入到ROHM豐富的車載電源管理產(chǎn)品和方案庫中，會發(fā)現(xiàn)無論你有何種設(shè)計需求，總有一款專門優(yōu)化的產(chǎn)品或方案適合你，為相關(guān)汽車電子產(chǎn)品的開發(fā)提供助力！本文僅僅是帶大家走到了這個技術(shù)“寶庫”的門口，從此起步，一起來深入探尋其中更多的寶藏資源吧。
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