【導讀】對于消費者來說，汽車無疑是相當“大”的一個消費品，因此在購買之前需要仔細權衡各種因素。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，而是演變成人們日常生活中居家和辦公之外的“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嫁到汽車電源管理器件身上。
汽車電源管理器件的任務，就是將來自車載電池的電能通過多級的轉換，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，關系到各個車載電子部件的狀態(tài)，可謂是“責任重大”。
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)設計要求，并非簡單的完成電能轉換即可，而是要根據(jù)汽車應用環(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計要求包括：
01 轉換效率
這是電源管理設計中非常關鍵的一個指標，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設計等舉措，都有利于應對熱管理的挑戰(zhàn)，進而避免在設計中使用笨重、昂貴的散熱器。
04 電磁兼容
EMI電磁干擾是汽車電子產(chǎn)品設計所面對的一個主要問題，它會干擾電子設備的運行，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、開關頻率的提升，以及設計小型化的要求，都會增加電磁兼容（EMC）設計的難度。為此，汽車電源管理器件需要采用一些特殊技術，來確保最終的系統(tǒng)設計符合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)設計帶來更大的靈活性。
06 成本效益
雖然不像消費電子領域那么“卷”，不過成本仍然是汽車產(chǎn)品設計時的一個關鍵要素。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。當然，這也設置了一道無形的競爭壁壘，想要進入這個領域的廠商必須拿出一些硬實力、真功夫。
在汽車電源管理領域，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轉換器、LDO線性穩(wěn)壓器、LED驅動器、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)者在安全和舒適領域各種各樣的設計創(chuàng)想。
高效且高速的車載DC-DC轉換器
在汽車電源管理領域，車載DC-DC轉換器（開關穩(wěn)壓器）憑借效率高、電壓轉換靈活（可支持降壓、升壓和升降壓）、適用功率范圍廣等特點，應用非常廣泛。不過，DC-DC轉換器在開關動作中會產(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轉換器的設計和應用提出不小的挑戰(zhàn)。
ROHM推出的BD9P系列初級DC-DC轉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，以及新型的控制技術，在實現(xiàn)高速響應特性的同時仍然保持很高的效率——高負載時（輸出電流1A）轉換效率高達92％，且在輕負載時（輸出電流1mA）也達到了85％，非常適合于ADAS相關的傳感器、攝像頭、雷達、汽車信息娛樂系統(tǒng)及儀表盤等應用。
圖2：BD9P系列初級DC-DC轉換器
（圖源：ROHM Semiconductor）
與同類的產(chǎn)品相比，BD9P系列DC-DC轉換器中突出的優(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，為了確保高速響應性能，需要較大的驅動電流，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時，都可以降低應用產(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轉換器的電壓過沖僅有普通DC-DC轉換器的1/10，使得車載電子設備在由于發(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，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轉換器非常適用于對EMI敏感的車載應用。
＜關于Nano Pulse Control?＞
一種超高速脈沖控制技術。實現(xiàn)了納秒（ns）級的開關導通時間（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換成為可能。
您可通過詳詢ROHM以便進一步了解Nano Pulse Control?技術。
特別值得一提的是，BD9P系列可以和ROHM的BD9S系列次級DC/DC轉換器配合使用，提供一個完整的高效、高速車載電源解決方案。ROHM也可以提供相關的參考設計方案，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參考設計（圖源：ROHM Semiconductor）
低功耗超小型LDO
除了DC-DC轉換器，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、結構簡單、成本低等特性，常用于噪聲和成本敏感型的應用。
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、車用儀表等應用而開發(fā)的BUxxJA2MNVX-C系列LDO，能夠滿足相關應用外形小、功耗低和響應快的設計要求。
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，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的響應特性，負載變動低至65mV。
可以想見，當工程師面對著小型化、低功耗、高可靠的車載電源系統(tǒng)設計挑戰(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，設計集成度更高、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車載攝像頭應用而打造的PMIC，其集成有3個初級和次級降壓DC-DC轉換器、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位功能，僅通過單個IC即可進行電壓設置和時序控制，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％的轉換效率，比普通產(chǎn)品提升約4％。
圖10：BD86852MUF-C PMIC應用示意圖
（圖源：ROHM Semiconductor）
而且這種電路設計還有一個好處，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——它在內置的DC-DC轉換器中配備了展頻功能，可將開關帶來的EMI噪聲峰值降低約10dB。這對于空間有限、電磁環(huán)境復雜的車載應用無疑是個佳音。
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驅動器
LED照明在汽車中日益廣泛的應用，一直在推動車用LED驅動器的發(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驅動器IC，包括升壓、降壓、升降壓、充電泵、恒流LED驅動器等全系的產(chǎn)品類型，覆蓋汽車外部照明（尾燈、轉向燈、DRL/定位燈和霧燈）、內部照明、相機閃光燈、儀表板背光燈和LED狀態(tài)指示燈等各類應用。
這些LED驅動器都針對目標應用進行了優(yōu)化，比如下面介紹的這款內置MOSFET的4通道LED驅動器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。
以往在多通道LED驅動電路設計中，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驅動器實現(xiàn)對不同規(guī)格LED的驅動，現(xiàn)在只需一個驅動器就能實現(xiàn)，使得最終設計方案的占板面積大大減少。
圖12：采用BD183x7EFV-M設計的
LED驅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，是通過簡化設計流程來實現(xiàn)的。以往的多通道LED驅動產(chǎn)品需要為每個通道設計相對應的熱分散電路，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衡調整，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，僅需進行一次熱設計，省時省力。
LED單獨控制功能同樣有助于簡化系統(tǒng)設計，縮短設計周期。BD183x7EFV-M內置靈活的LED單獨控制功能，當LED發(fā)生異常時，可選擇關閉所有通道或僅關閉單通道。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，無需重新設計或大大減少研發(fā)的工時。
圖13：BD183x7EFV-M的靈活性可支持
設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)不同機型擴展設計；而且還具有豐富的保護功能，在異常發(fā)生時防止LED驅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
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“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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