优化电源管理芯片 拥抱汽车电气化新时代

 

随着汽车工业的不断发展和科技的迅速迭代，汽车电气化已成为未来发展的主要趋势。电源管理芯片作为汽车电气化的核心组成部分，正扮演着越来越重要的角色，市场规模逐步扩大的同时呈现出强劲的增长势头。为应对变化的电气化市场需求，电源管理芯片行业正在不断推出更加高效、安全、小型化的产品。全球排名前列的电子元器件授权代理商WT文晔科技，在电池管理领域深耕多年，拥有丰富的市场经验与技术积淀，在此推荐一款ADI的先进电源管理芯片。

 

WT文晔高级技术支持工程师Kenty Luo表示，借助汽车电气化、数字座舱、网络和连接等前沿技术，ADI的解决方案助力实现了更安全的交通出行、功能更丰富的座舱体验，以及更高效的电动汽车性能。ADI提供的系统级设计和智能电源管理功能，可实现灵活且可扩展的平台解决方案，在精密检测、边缘处理、软件和无线技术方面持续创新，以获得实时的技术见解，致力于重新定义在整个汽车生态系统中创造和传递价值的方式。Kenty针对“高性能、功能安全、合作开发、小尺寸+低成本”四大关键要素展开介绍，并推荐了相关器件。

 

 

高性能

 

高效率是汽车电气化系统的关键指标之一。电源管理芯片需要高效地转换电能，最大限度地减少能量损失，从而提高整个系统的能源利用率。高性能的电源管理芯片能在不同工作负载下实现高效率的转换，有助于减少能源损耗和提高整体组件效率。

汽车电源芯片高性能的第一大优势就是可以尽可能地降低功耗。这是由于汽车电气化的发展催生了大量的娱乐功能，而这些功能要求非常低的静态功耗。因此，电源管理芯片的设计目标就是尽量降低静态电流，以延长电池寿命和延长设备的待机时间；与此同时，还要求芯片拥有更低的电源噪音。

MAX25232是一款集成了高侧和低侧开关的小型同步降压型转换器，可在3.5V至36V的输入电压范围内提供高达3A的电流，而在无负载时静态电流消耗仅为3.5µA。在正常的6V至18V工作输入范围内，该器件在FPWM模式下提供±2%的输出电压精度。

该转换器具有65ns的超短导通时间能力，能够提供较大的输入至输出转换比。电压质量可以通过观察PGOOD信号来监测。该器件可以在99%占空比低压差下运行，非常适合汽车和工业应用。MAX25232还提供5V和3.3V两种固定输出电压。

此外，该器件可以使用外部电阻分压器配置为1V至10V输出电压。频率在内部固定为2.1MHz，因此所需外部元件数量少，同时能够减少输出纹波，并确保没有AM干扰。与此同时，还提供400kHz选项以尽量降低开关损耗和提高效率。

MAX25232型号版本采用小型(3mm x 3mm)、12引脚、TDFN封装，带有裸露焊盘，所需外部元件非常少。在轻负载时自动进入跳跃模式，空载时的超低静态电流为3.5µA，还具有展频调制能力，可以更大限度地减少调制频率导致的电磁辐射，各项性能都优于竞品。

 

 

 

功能安全

 

除了保证汽车电源产品的电气特性具有优势之外，ADI产品还有一个优势就是功能安全。随着新能源汽车的不断发展，大家在关注高性能的同时也越来越重视安全，这也是对汽车电源功能模块的另一大要求。

ADI公司有能力开发ASIL-D电源产品解决方案，有专门的团队基于ISO26262标准去做功能安全芯片的设计和开发；同时拥有独立的质量团队，能根据ISO26262在规定的阶段进行功能安全评估，并拥有成熟且专用的功能安全开发程序和安全计划。

将电源安全芯片设计出来后，ADI可以向客户提供安全手册，以及和客户审查FMEDA、危害分析、安全概念等，以便更好地将功能安全芯片置于整个系统里，而且还可以和合作伙伴一起来定义功能安全的需求、开发接口协议/DIA等。

ASIL（Automotive Safety Integrity Level）是汽车安全完整性等级，最新的ISO 26262标准是以安全相关电子电气系统的特点，基于IEC 61508《安全相关电气/电子/可编程电子系统功能安全》制定的道路车辆功能安全标准，该标准为开发车规产品提供了一个符合ASIL的框架。

ISO 26262是史上第一个适用于大批量量产产品的功能安全（Functional Safety）标准，仅针对安全相关电子电气系统，包含电机、电子与软件零件，不适用于机械、液压等非电子电气系统。

ADI专为汽车设计的电源产品覆盖汽车座舱电子和信息娱乐系统、车辆自动驾驶和安全、汽车LED驱动器以及电池管理和动力总成等电气化系统，确保其符合ASIL框架。根据市场表现，世健重点推荐当前业界唯一的汽车级、ASIL-D电源系统检测器MAX20480。

MAX20480是符合ASIL标准的完备SoC电源系统监测器，多达7路电压监测输入。每路输入均具有可编程OV/UV门限，介于2.5%至10%之间，精度为±1%。其中两路输入具有独立的远端地检测输入，通过集成I2C接口支持DVS。

MAX20480包含可编程灵活上电顺序记录器（FPSR）。该记录器独立储存上电和断电时标，支持开/关和休眠/待机电源排序。该器件既包含可编程质询/应答看门狗，可通过I²C接口访问，也包括可编程低电平有效RESET输出。

与独立IC或分立式元件相比，MAX20480在提高可靠性的同时能大幅降低系统尺寸和元件数量。与监控控制器配合使用时，MAX20480满足ASIL-D可靠性标准。器件工作在-40°C至+125°C环境温度范围。应用场景包含无人驾驶系统、电源系统监控和MCU/SoC监测等。

 

 

合作开发

 

不同的汽车品牌和型号对电源管理的需求可能有所不同，特别是在功率需求、保护功能、通信接口等方面。ADI通过与SoC厂商、Tier 1供应商和OEM合作，综合厂商的要求去设计开发电源产品可以更好地理解客户的定制化需求，并为其量身定制符合特定要求的产品，以满足客户的需求并提供更好的解决方案。

汽车电气化的发展催生了无人驾驶的普及，自动驾驶对算力的要求越来越高，这也意味着对功率的要求会越来越高。Kenty介绍，MAX20411这款产品就是ADI结合市场发展趋势和厂商合作的汽车级SoC降压电源芯片，符合ASIL-D标准并可提供高达40A的输出电流。

MAX20411为高效、同步降压型转换器系列，工作在3.0V至5.5V输入电压范围，提供0.5V至1.275V输出电压范围。宽输入/输出电压范围以及高达40A的峰值输出电流，使其非常适合用于负载点和后端稳压。在整个负载、电源和温度范围内的输出误差低至±0.75%。

MAX20411具有2.1MHz固定频率PWM模式，可实现更好的抗噪性和负载瞬态响应。2.1MHz工作频率允许使用全陶瓷电容，使外部元件最小化。扩频调制选项最大程度抑制电磁辐射。相对于分立式方案，集成的低RDS(ON)(ON)开关大大提高重负载时的效率，并简化电路布局。

该器件采用MAXQ电源架构，提供高精度瞬态性能和相位裕量，允许在获得最大功率、性能和精度的同时最大程度降低任何特定应用的系统成本。采用工厂预设输出电压(见选型指南)，I2C接口提供动态电压调节，摆率可编程。其他特性包括可编程软启动和过热保护，应用于汽车ADAS系统和SoC核心电源等。

 

 

小尺寸+低成本

 

随着市场对芯片的尺寸和成本要求越来越苛刻，主要是由于小型化设计趋势、系统高集成度、成本压力以及技术进步和制造工艺改进等因素的影响。除了要考虑芯片本身的尺寸外，还要考虑外围器件的尺寸，其中影响外围器件输出电容尺寸大小的是最大单位增益带宽（UGBW）能力，对于需要高瞬态性能的应用，输出电容要求可能会提高系统成本和解决方案尺寸。

对此，ADI开发了MAXOARCHITECTURE架构，最大限度地提高UGBW并优化了工艺和温度变化，在保证相同性能和输出稳定性的同时，比市面上竞争对手的标准架构至少减少50%的输出电容，进而降低了系统PCB板的尺寸和成本。

如何将芯片的尺寸降下来？ADI用到了90nm的新工艺P90。这是90nm的一个新工艺，不仅缩小了芯片的尺寸，还将效率从老工艺的93.4%提升到了94.7%，封装的尺寸也变小了，使得更多的逻辑单元可以更好地集成在电源芯片里，将整个系统的尺寸变小，成本也就随之降下来了。

Kenty结合当前市场，推荐一款具有10μA静态电流和双相能力的汽车级全集成降压转换器MAX20408/MAX20410，集成了高侧和低侧开关，也是业界较早针对双相操作优化的集成高功率小型同步降压转换器。

MAX20408/MAX20410均可在3V到36V的宽输入电压范围内提供高达8A/10A的电流，电压质量可以通过观察PGOOD信号来监测，支持在99%占空比低压差下运行，非常适合汽车和工业应用。

该器件提供可编程输出电压或3.3V/5V固定输出电压选项，2.1MHz和400kHz的高开关频率选项支持使用小型外部元件，可减少输出纹波并确保无AM干扰。可编程的FSYNC输入支持三种模式以优化性能：强制PWM模式、具有超低静态电流的跳跃模式以及与外部时钟的同步模式。

MAX20408/MAX20410还具有双相功能，支持高达20A的设计，还可配置为主机和从机，进行动态电流共享和180°错相操作，扩频选项可有效减少EMI辐射。此外，该器件采用小型3.5mm x 3.75mm 17引脚FC2QFN封装，应用于汽车高级驾驶辅助系统和其他安全关键应用、汽车高功率传感器融合以及车载信息娱乐系统等。

 

 

总结

 

ADI公司的汽车级电源管理的新技术和解决方案不仅能通过先进的技术和理念满足汽车电气化时代严苛的要求，包括对电源芯片的高性能、功能安全、合作开发、小尺寸以及低成本等多个维度的考量，同时也为市场未来的技术创新提供了基础，能帮助广大工程师更好地迎接各类挑战。WT文晔科技是与ADI合作多年的授权代理商，可提供相关技术支持和服务。