MPS新型供电方案助力CPM模块为汽车安全加码

关键词

新能源汽车、功能安全、CPM模块、MPQ923X、超级电容充放电

电动化与智能化正在重塑汽车定义，当车辆从机械驱动迈向智能终端，新能源汽车的安全命题也在持续升级。GB 20072-2024 明确要求碰撞发生后，车门应处于解锁状态。这一法规的落地，将碰撞后解锁从“技术亮点”变成了“准生证门槛”。实现这一功能的底层硬件支撑，正是此前鲜为人知、如今成为刚需的CPM（Crash Power Module，碰撞解锁模块）。它不再是可有可无的冗余设计，而是新能源汽车安全链上的最后一道保险丝。

01架构解读

目前，行业主流架构是CPM作为独立的模块工作。正常行驶时，DCU控制门锁；在发生碰撞KL30断电的时候，CPM实现解锁。这种方案灵活度高，兼容性强，且一个模块可以实现全车解锁，性价比高。

为保障极端工况下的可靠运行，CPM模块被布置在车上的安全区域，例如副驾座椅下方。使模块独立于整车碰撞能量传递路径，有效规避事故冲击。

 

右图来源：华为

CPM模块采用冗余供电+控制解锁的架构

I. 冗余供电模块（Super Cap + Charge + Discharge + AFE）

该模块由超级电容、充放电回路及均衡电路组成，主要作用是在紧急情况下为系统提供稳定可靠的能量支持。在常规工况下，模块对电容进行智能充放电管理与电压均衡，确保其始终处于可用状态，从而在主电源失效时仍能提供足够的能量完成解锁。

超级电容具有容量大、瞬时放电能力强、充放电循环寿命可达百万次以上等突出优势，同时兼具寿命长、可靠性高等特点，因此被广泛用作CPM模块冗余供电的储能元件。单体超级电容的额定电压通常为2.5V或2.7V，在实际应用中需通过多节串联来提高电压等级。在串联使用过程中，必须确保每节电容两端的电压不超过其耐压上限，长期过压不仅会缩短电容寿命，严重时甚至会导致损坏。因此，系统需要对串联电容组进行电压监测与均衡控制，以保证其安全稳定运行。

当前主流车型通常需要驱动6个锁闩，且需具备连续解锁2至3轮的能力。完成全部解锁任务后，系统电压要求仍能维持在9V以上，这对超级电容的串数及充放电系统的设计提出了要求。

目前行业主流方案采用3至5节容量为25F或35F的超级电容，根据系统需求主要衍生出以下三种典型拓扑结构：

1、Buck + Boost 拓扑

Buck充电 [MPQ885X]，Boost放电[MPQ3910A]：该方案适用于电容节数较少且对输入电压范围要求不高的场景。电容数量少有助于降低成本，但需依赖具有较强升压能力的Boost电路来保证解锁电压的稳定性。

2、Buck-Boost 拓扑

Buck-Boost充电 [MPQ923X]，超级电容（Super Cap）直接放电：该方案适用于电容节数较多的场景，能够直接提供足够高的解锁电压。充电部分采用Buck-Boost拓扑，支持宽输入电压范围和恒流恒压（CC-CV）充电策略。

3、Buck-Boost + Boost 拓扑：

Buck-Boost充电[MPQ923X]，Boost放电[MPQ3910A]：该方案在前两种方案的基础上进行了优化整合，兼顾充电灵活性与放电电压调节能力，适用于不同电容节数的应用场景，具有较强的平台化拓展能力。

II.控制解锁模块（MCU+SBC+HSS）

该模块由MCU（Microcontroller Unit，微控制器）、SBC（System Basis Chip，单板计算机）和HSS（High Side Switch，高边开关）组成，负责系统状态监测与解锁驱动。在整车正常运行过程中，模块实时监控超级电容的充放电状态，通过AFE对电容进行均衡。当检测到电容电压不足时，自动接通充电回路进行补充；同时持续监测放电回路，确保其能够可靠导通。此外，该模块还负责电容健康状态的诊断，以保障冗余供电的有效性。当接收到碰撞或气囊触发信号时，模块立即响应，通过高边开关（HSS）驱动解锁执行机构完成解锁动作。

02新型供电方案

针对CPM模块最新供电拓扑，MPS提供了一整套解决方案：

MPQ923X恒流恒压充电，IMON电流上报MCU，集成Discharge 放电回路

MPQ3910A升压放电，提供瞬时大功率，支持低至5V的输入电压

MPQ2793监测电容电压电流，支持高达58mA的内部被动均衡，集成NTC和丰富保护

MPQ5894四通道65mohm高边，低静态功耗，集成丰富诊断

03星品展示

MPQ923X是一款集成 MOSFET 的同步4开关升降压变换器。在一定的输入电压范围内，该器件能够以出色的效率提供高达 5A 的输出电流。故障保护功能丰富，包括了恒流 (CC) 电流限制、输出过压保护 (OVP)、输入 OVP 和过温关断 (TSD)保护。封装小且外围电路简单。

基于MPQ923X的Demo进行了超级电容充电测试：

从测试结果可以看到，电流触发到MOS Current Limit之后进入CC Limit模式，22s左右将电容充到9V。Iout波形平稳，Vout波形平滑。

MPQ3910A是一款峰值电流模式 PWM 升压控制器，可驱动电流处理能力超过 10A的外部 MOSFET。MPQ3910A 具有 288µA 典型工作电流， 电流控制模式提供了简单环路补偿和逐周期限流保护。欠压锁定保护（UVLO）、软启动（SS）、内部稳定电源和斜坡补偿，这些功能使其能最大限度地减少外部所需部件。

基于MPQ3910A的Demo，进行了低输入电压下Boost能力测试：

从测试结果可以看到，在输入电压低至6.5V时，MPQ3910A仍可支持0到7A的跳载（持续1s）下12V输出。

结论

CPM模块的普及，是汽车安全理念从“被动保护”向“主动逃生”延伸的缩影。碰撞解锁强制化，让CPM既是法规通行证，也是生命安全线。未来CPM将向集成化、轻量化、高性价比推进，MPS也将持续技术升级，用芯守护汽车安全。