汽车车载信息娱乐系统中的电源设计-电子发烧友网

概述

汽车车载信息娱乐系统，又称车机，是基于车身总线系统和互联网服务而形成的车载综合信息处理系统。本文将专门介绍车机系统中的环视摄像头电源和USB 端口设计面临的挑战。

图1所示的车机电源架构中包含了摄像头电源与USB充电的相关部分。

▲ 图 1：摄像头电源和 USB 充电应用电源架构

MPS 提供的解决方案可帮助设计人员满足环视摄像头电源和 USB 充电应用要求。

环视摄像头电源解决方案

将环视摄像头的图像处理集成到车机的主处理器是当下车机发展的新需求。如图2所示，环视摄像头模组一般分布在车身四周，通过长距离同轴电缆将数据和电力传输到位于驾驶室中控的中央处理器（CPU）。

▲ 图2: 环式摄像头将数据传输给CPU

一般而言摄像头内部的模组供电低于5V，然而考虑到长距离的线路压降或其他压降原因（如Cold crank冷启动），有些OEM会设定车机摄像头的供电在8V-10V左右。这样的供电要求对汽车电池而言颇具挑战。

举例来说，当汽车在做“冷启动”等测试时，电池电压最低可能跌至5V。与此同时，正常工作范围又需要支持最低9V的电压。采用标准降压DC/DC变换器难以使摄像头电压轨满足此要求。而先降压再升压的两级电源架构尽管可用，但效率低，而且PCB占板面积大。

MPS公司的MPQ8873-AEC1产品此时脱颖而出。除了不增加复杂性，这款单片同步 DC/DC升降压变换器还具有多项优势。

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更高效的架构

图3对两级电源架构和高效一体化升降压架构进行了比较。

▲ 图3:电源架构的比较

对于升压（Boost）拓扑，即使通过EN关断IC，其输出电压（VOUT）仍然等于输入电压（VIN)，除非串联额外的开关，否则无法完全关断后级负载。而采用MPQ8873-AEC1（这类单级升降压（Buck-Boost）拓扑，不仅效率高、布板面积小，其输出供电通过使能EN也完全可控。

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更简单的布局

MPQ8873-AEC1 具有内置4个MOSFET的Buck-Boost拓扑，可动态调节输出电压（如图4所示）。

▲ 图4: MPQ8873 的四个集成 MOSFET

相比传统电路，其外围电路极其简单，除必要的滤波电感电容和自举（BST）电容外，几乎没有其他元件。

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更高的效率

MPQ8873-AEC1 内部集成10mΩ/25mΩ 上管MOSFET（HS-FET）和下管MOSFET（LS-FET）。在VIN = 13.5V、VOUT = 11.5V 和负载电流 (ILOAD) = 3A 的测试条件下，其效率超过95%（如图5所示）。

▲ 图5: MPQ8873效率曲线(VIN= 13.5V, VOUT= 11.5V, ILOAD= 3A)

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更佳的EMI性能

MPQ8873-AEC1 的布局能够最小化输入与输出功率环路。该器件还支持频率扩展 (FSS)功能，从而可进一步降低 EMI。图 6 显示了MPQ8873-AEC1的最小环路设计。

▲ 图6: MPQ8873 的最小环路设计

全能的车机USB连接端口解决方案

车机内的CPU通常会接收来自不同位置的多个USB的数据，其中有位于扶手箱的，也有来自前面板的。位于扶手箱内的USB充电和数据端口，一般会在远端配备USB充电IC和HUB芯片，这些端口集束数据并发送给CPU（如图7所示）。而位于前面板的USB端口会将USB充电功能集成在车机中，而这会对USB充电IC提出新的挑战。