汽车仪表盘电源设计的难题该如何去解决

不知你还记不记得，仪表板曾经非常的枯燥乏味？它们通常有5个功能：速度计、转速表、里程表、油量表和温度表。

图1：以前，仪表板很简单，耗电也比现在低很多

万一你受不了配偶的唠叨，最终同意驾车去Winnipeg时，比较时髦的仪表板可以显示单位为英里/小时和公里/小时的速度值。所有的表盘都是机械的。唯一一个使用图形化显示方式的就是油量，看起来好像一把钥匙从水中伸出来。

图2：以前的仪表板中的图形化显示非常有限，其中就包括这把从水体中伸出的万能钥匙。

在过去几年中，仪表板开始变得越来越有意思了。如果你还未升级你的81 Scirocco的话，它们可比之前好看多了。

图3：目前，仪表板已经是数字化的了，耗电也更多了。

目前的大多数仪表板是数字的，将LCD和LED用作背光光源（图3）。事实上，如果你只有一个3.5英寸显示屏的话，就属于比较低端的了。目前的发展趋势是7英寸显示屏，如果你买得起高端车辆的话，那么12英寸显示屏也属于标配。当然，除此之外，通过操纵方向盘上的按钮，你可以轻松控制显示屏。你可以在仪表盘上查看与车辆相关的全部信息，比如说正在收听的歌曲（包括专辑封面），车辆诊断信息，以及周围环境的3D显示。

所有这些增强功能都需要更多的处理能力。对于低端和中级车内的仪表盘来说，不使用电池的转换器的最佳功率平衡点在15W的范围内 (5V_OUT x 3A)。具有超大屏幕的高端仪表板的功率会超过25W。

在输入电压和输出电流等基本技术规格之外，数据表中下一个最重要的技术规格有可能就是静态电流 (I_Q)。实际上，其中涉及两个数字。关断静态电流是稳压器IC被一个启用或关断引脚完全禁用时的电流值。另一方面，待机静态电流是器件被启用，但是没有负载时的电流。

随着汽车内不断增加的电气化水平，越来越多的电子元器件被接至12V电池。其中的一些电子元器件永远都不会被禁用。你可以想一想你的密钥卡。在这个信号的另一端是被称为被动进入启动系统 (PEPS) 的系统电路。PEPS系统必须始终处于“接通”状态，时刻等待着来自密钥卡的信号。（否则的话，你也许就必须使用钥匙链上的钥匙了，而这是我们不希望看到的。）无论怎样，由于PEPS系统始终处于接通状态，它一直会从电池中汲取待机静态电流。

在仪表盘中，有几个电路会始终接通，这一点与PEPS系统中的情况是一样的。比如说实时时钟、CAN/LIN收发器和微控制器。对于整个仪表盘来说，在待机状态下所允许的总体流耗典型值大约为100µA，在处理器流耗轻松达到50µA的情况下，实现这一点并不容易。

有几个不同的方法和途径可以解决这个难题，尽可能地降低仪表板内的电源静态电流。由于直到目前低静态电流开关稳压器的数量还不是很多，大多数常见方法就是使用一个与开关并联的低静态电流LDO。开关将被禁用，而LDO可用于唤醒下游电路，与此同时，从电池中汲取更少的电流。

目前来看，有诸如LM43603-Q1的器件，其待机静态电流为27µA，这样的话，你就可以不使用LDO了。这样就大大减少了BOM成本。此外，需要牢记的一点是，这个值为27µA的电流值是对于同步器件来说的—非同步器件数据表将提供只针对IC的待机静态电流，其中不包括二极管。二极管内的电流泄露值在高温情况下会高达1mA，而这会大大超出你的预期值。

在这些情况下，你需要消除任何可能的毫安级流耗，以符合那些特别有想法的静态电流预算，而全新的LM53603-Q1甚至可以更好地满足这一要求。你还可以看一看数据表，其中的值为23µA，你也许会觉得差别也不是很大嘛。不过，LM53603-Q1的输出电压是固定的，因此，无需反馈电阻器。反馈电阻器内的电流泄露会很容易在你的系统中增加3-5µA的流耗。

除了消除系统中隐藏的静态电流源，这些同步器件的功率也在上面提到的15W最佳功率平衡点范围内。作为一名工程师，如果你十分希望用较少的外部组件来实现出色性能，那么请查看其中一个特有下方所示LM53603-Q1和LM43603-Q1（图4）的2层参考设计。

图4：PMP10735是一款针对汽车仪表盘（具有CISPR 25 5类兼容TI Design）的宽Vin，3A降压2层参考设计

其它资源

• 在你的下一个设计中考虑使用TI的SIMPLE SWITCHER® LM43603-Q1和LM53603-Q1电压转换器。
• 观看视频，了解如何使用前端保护电路来减少静态电流流耗。
• 下载这些已经测试的参考设计：
  • 针对汽车仪表盘（具有CISPR 25 5类兼容TI Design）的宽Vin，3A降压2层参考设计
  • 针对汽车应用的EMI性能经优化的2层15W电源
• 用TI的WEBENCH® 汽车设计工具开始一个电源设计。

原文链接：

https://e2e.ti.com/blogs_/b/behind_the_wheel/archive/2015/11/13/overcoming-automotive-cluster-power-supply-design-challenges   

编辑：fqj