如何为车载ADAS设计更好的大电流开关电源

所有汽车制造商都在加强其ADAS，以协助驾驶员驾驶和停车。不断发展的 ADAS 消耗的功率比其前身多。因此，低电流开关稳压器无法再满足这种不断增长的功率要求。本文建议采用两种高电流单片式静音开关稳压器LT8638S和LT8648S作为可能的解决方案。 介绍了两种稳压器的应用电路。效率、温度和辐射测试结果表明，LT8638S和LT8648S是快速发展的ADAS的理想电源候选者。®

介绍

高级驾驶辅助系统（ADAS）在当今的汽车中越来越突出。它们通过最大限度地减少人为错误来提高驾驶员和道路的安全性。早期的ADAS只包括一个自动驾驶员辅助功能，例如使用一个雷达传感器的自适应巡航控制。现在，更多的ADAS功能被添加到汽车中，例如自动紧急泊车，盲人运动监控，车辆/行人警告和避让，车道偏离警告和辅助等。ADAS的发展意味着这些新车需要消耗比以往更多的电力，因为传感器和摄像头的数量增加，强大的实时数据处理和计算以及超高速通信。例如，第一代ADAS片上系统（SoC），如2008年的Mobileeye EyeQ，仅消耗2 W至~3 W.新发布的ADAS SoC，如NVIDIA Xavier™，由于其强大的数据处理和计算能力，消耗20 W至~30 W或更多。ADAS的电源来自12 V电池。它首先转换为5 V或3.3 V中间电源轨，然后转换为SoC内核、接口、外设等所需的不同低电压。由于ADAS SoC的功耗增加，中间轨转换器应该能够输出 10 A 或更高以满足该要求。®

设计高电流中间电源的传统解决方案是使用降压控制器。然而，由于需要外部MOSFET，该方法的总解决方案尺寸很大。因此，将控制器电源解决方案安装到密闭空间中具有挑战性，这是汽车中ADAS应用的常见情况。车辆开关电源的另一个问题是电磁辐射。电源设计人员需要应对严格的辐射和传导电磁辐射限制带来的挑战，这是汽车行业的强制性要求。随着功耗的增加，这些电磁辐射标准变得更加难以满足。为了满足功率、尺寸和电磁辐射的限制，ADI公司开发了两款42 V高电流单芯片静音开关稳压器：LT8638S和LT8648S。

采用LT8638S的紧凑型10 A/12 A峰值电源解决方案

LT8638S是一款42 V、10 A、单通道降压稳压器，包括采用4 mm×5 mm LQFN封装的所有控制电路和MOSFET。其输出电流可以 短时间可达 12 A。LT8638S是紧凑型10 A中间电源轨的理想之选。图1显示了典型的5 V/10 A LT8638S原理图。LT8638S稳压器的开关频率可在200 kHz至3 MHz范围内调节。 表1列出了400 kHz LT8638S电路和2 MHz LT8638S电路的主要元件。图2显示了演示板上LT8638S在DC2929A上的效率和温升，分别为400 kHz和2 MHz。

图1.采用LT8638S的5 V/10 A电源。

图2.图1电路的效率和温升

 

开关频率	400千赫	2兆赫
L1	3.3 μH（10 毫米× 11.3 毫米× 10 毫米）	0.56 μH（6.36 毫米× 6.56 毫米× 6.1 毫米
C外	47 μF × 3	47 μF × 1
Rt的	105 kΩ	16.9 千分电阻
钢筋混凝土	9.31 千兆安	13.7 千分电阻
抄送	820 点力	220 pF
C.PL	33 点力	10 点力

 

将LT8638S 400 kHz电路与LT8638S 2 MHz电路进行比较，400 kHz的电感占位面积是2 MHz电感的2.5倍，输出电容 对于 400 kHz 是 2 MHz 输出电容的 3 倍。因此，对于尺寸和成本敏感的应用，首选2 MHz开关频率。阻碍电源设计工程师使用2 MHz的主要问题是效率和热性能，因为在高开关频率下开关损耗会显著增加。LT8638S通过以下方式平息了这些问题 通过快速开关边沿最大限度地降低开关损耗，如图3所示。在图 2 中，LT8638S 的温升仅为 60°C，输出功率为 50 W。 2 MHz 开关频率。在10 A负载下，2 MHz和400 kHz之间的效率差在1.5%以内。

图3.LT8638S开关边沿为12 V输入和10 A负载。

快速开关边沿有利于高开关频率下的效率，但可能会加重电磁辐射。LT8638S 配备 静音开关电源架构，使其能够以更小的解决方案尺寸同时具有快速开关边沿和显著低的 EMI。图 4 显示了一个 超低 EMI 2 MHz LT8638S 电路。为实现最佳 EMI 性能，稳压器通过连接 SYNC/MODE 引脚在扩频模式下工作 与英视抄送针。图5显示了图4电路的LT8638S辐射，测试设置在CISPR 25标准中定义。红线代表CISPR 25 5类 限值，这是汽车行业最严格的排放规范。如图4所示，只需极少的附加元件即可产生输入滤波器，LT8638S能够满足CISPR 25 Class 5的严格峰值和平均限值。

图4.超低EMI LT8638S电路。

图5.图4电路的辐射EMI和传导EMI（10 A时为12 V输入至3.3 V输出）。

采用LT8648S的高电流单片式电源解决方案

复杂的ADAS需要多个SoC，以及多个摄像头和传感器。例如，免提ADAS可能包括多个耗电 芯片和多达 11 个摄像头。LT8648S 具有比 LT8638S 更高的输出电流能力。它适合那些复杂的ADAS所需的中间电源轨。 作为单芯片42 V、15 A降压稳压器，LT8648S的输出电流和功率电平接近使用外部MOSFET的功率控制器解决方案。通过将多个LT8648S并联在一起，可以进一步扩展其电流能力。

图6显示了使用两个LT8648S器件并联的3.3 V/25 A、2 MHz原理图。两个 LT8648S 稳压器具有公共输入和输出。EN/UV 和 SS 引脚连接，以确保两个稳压器以相同的压摆率同时启动。LT8648S采用峰值电流模式控制，使误差放大器输出VC电压与负载电流相关。 通过连接 VC和FB引脚，两个并联的LT8648S可以实现良好的电流平衡，而无需额外的电路。U1 LT8648S 的 CLKOUT 引脚 连接到 U2 LT8648S 的同步/模式引脚。通过这种连接，两个LT8648S稳压器以180°相移同步。

图6.2 MHz 3.3 V/25 A应用，采用两个并联的LT8648S。

图7显示了图6电路的效率和温升。U1 和 U2 具有几乎相同的温度，这表明在 此并行应用程序。高开关频率和外部补偿可实现快速瞬态响应。图8显示了图6所示电路的负载瞬态响应。

图7.电路的效率和温升如图6所示。

图8.10 A至20 A负载瞬态响应，电路如图6所示。

结论

本文介绍两款高电流42 V单芯片静音开关稳压器LT8638S和LT8648S。它们的高效率和超低辐射缓解了恶劣汽车应用环境下的热和EMI问题。凭借集成的MOSFET，LT8638S和LT8648S为快速扩展的汽车ADAS所需的高电流中间电源提供了小尺寸的解决方案。

审核编辑：郭婷