如何在確保功能安全的同時(shí)將ADAS處理器推高到100 A以上

車輛正在采用越來越多的高級(jí)功能，包括自適應(yīng)巡航控制、前方碰撞警告、自動(dòng)遠(yuǎn)光燈控制、駕駛員監(jiān)控、停車輔助、車聯(lián)網(wǎng) （V2X） 通信和完全自動(dòng)駕駛。隨著車輛提供越來越多的此類功能，它們需要相當(dāng)大的處理能力，而現(xiàn)代高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng) （ADAS） 的電流可能超過 100 A。

選擇既能提供必要電壓和電流，又能最大限度地減少電磁干擾 （EMI） 的處理器和電源可能會(huì)帶來挑戰(zhàn)。

ADAS 片上系統(tǒng)

Texas Instruments 的 TDA4VH-Q1 汽車片上系統(tǒng) （SoC） 是一款適合用于 ADAS 應(yīng)用的處理器。它結(jié)合了 8 個(gè) Arm Cortex-A72 應(yīng)用內(nèi)核，提供深度和運(yùn)動(dòng)、視頻編碼/解碼、視覺預(yù)處理和深度學(xué)習(xí)硬件加速器。為了幫助您確定特定 TDA4VH-Q1 應(yīng)用的確切電流和電壓要求，TI 提供了功耗估算工具。

在確定特定 ADAS 的要求后，您可以使用 TPS62876-Q1 降壓轉(zhuǎn)換器來提供必要的功率。這些轉(zhuǎn)換器的最大額定電流為 15 至 30 A，但它們提供堆疊功能，使它們能夠協(xié)同工作以提供超過 100 A 的電流。

圖 1 顯示了兩個(gè)采用堆疊配置的 TPS62876-Q1 器件。在這里，下部器件以次級(jí)模式工作，通過將其 SYNC_OUT 引腳接地來編程。為了在堆棧模式下實(shí)現(xiàn)最佳均流，兩個(gè)器件應(yīng)以相同的開關(guān)頻率工作，通過每個(gè)器件的 FSEL 引腳進(jìn)行編程。

1. 堆疊式 TPS62876-Q1 降壓轉(zhuǎn)換器可支持超過單個(gè)器件 30A 最大額定電流的電流。

TPS62876-Q1 的其他功能包括下降補(bǔ)償，它提高了負(fù)載瞬態(tài)容差，同時(shí)最大限度地減少了所需的輸出電容，從而降低了成本并提高了功率密度。這些器件還具有遠(yuǎn)程感應(yīng)功能，使它們能夠?yàn)榫哂袊?yán)格電源電壓容差的 SoC 供電。

此外，擴(kuò)頻時(shí)鐘功能通過將開關(guān)頻率調(diào)制到標(biāo)稱值附近 ±10%，有助于最大限度地降低 EMI。最后，這些器件可以通過其 I2C 接口報(bào)告過熱和過流警告。

當(dāng)然，功能安全是 ADAS 和其他汽車應(yīng)用的一個(gè)關(guān)鍵方面。TPS62876-Q1 屬于 TI 的功能安全功能產(chǎn)品類別，并隨附有關(guān)故障率和組件故障模式的文檔。

雙相降壓轉(zhuǎn)換器

另一種方法是使用 TPS6288x-Q1 系列雙相降壓轉(zhuǎn)換器中的器件（圖 2）。這些轉(zhuǎn)換器提供 12A、20A、24A 和 30A 額定電流，并具有堆疊功能，使五個(gè)器件能夠并聯(lián)運(yùn)行;因此，您可以部署五個(gè) 30-A TPS62883-Q1 版本，總額定電流為 150-A。輸入電壓范圍為 2.7 至 6 V。三個(gè)輸出電壓范圍從 0.4 V 到 1.2 V，可通過器件的 VSELx 引腳或 I2C 接口進(jìn)行選擇。其開關(guān)頻率在工廠編程為 2.25 MHz。您可以選擇將它們編程為 1.5 MHz、2.5 MHz 或 3 MHz，并將它們與外部 clock同步。

2. TPS6288x-Q1 系列雙相降壓轉(zhuǎn)換器可最大限度地減少電壓紋波和電感器尺寸。

該系列中的所有器件均為雙相器件，可減少輸入和輸出電壓紋波，并支持使用小型電感器，從而節(jié)省成本并提高功率密度。在中等和重負(fù)載下，這些器件以脈寬調(diào)制 （PWM） 模式運(yùn)行，并在輕負(fù)載下切換到非連續(xù)導(dǎo)通模式，以保持高效率。或者，它們可以配置為在所有負(fù)載條件下以 PWM 模式運(yùn)行，從而最大限度地減少所有負(fù)載范圍內(nèi)的輸出電壓紋波。

其他特性包括自適應(yīng)/動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)、差分遙感、過流保護(hù)和可選的擴(kuò)頻時(shí)鐘。TPS6288x-Q1 器件屬于 TI 的功能安全合規(guī)類別，并隨附文檔以支持高達(dá) ISO 26262 標(biāo)準(zhǔn)的汽車安全完整性等級(jí) （ASIL） D 的設(shè)計(jì)。

高輸入電壓

對(duì)于高輸入電壓應(yīng)用，TI 提供 LM5137F-Q1 雙通道同步降壓控制器。得益于其 80 V 的額定輸入電壓，該控制器可以執(zhí)行從 12 V、24 V 或 48 V 汽車總線到低至 0.8 V 的低壓軌的直接轉(zhuǎn)換，從而降低成本和復(fù)雜性。每個(gè)器件包括兩個(gè)交錯(cuò)式同步降壓通道，可配置為雙輸出或單多相輸出。這些器件最多可堆疊四個(gè)相位。

LM5137F-Q1 具有多項(xiàng)功能，有助于最大限度地降低 EMI 并有助于符合相關(guān)的 EMI 標(biāo)準(zhǔn)。它包括自適應(yīng)定時(shí)大電流 MOSFET 柵極驅(qū)動(dòng)器，可在高輸入電壓和開關(guān)頻率下最大限度地降低 EMI，同時(shí)降低開關(guān)損耗。雙輸出配置支持 180 度交錯(cuò)作，以減少輸入電容器紋波電流和 EMI 濾波器尺寸。

此外，該控制器還包括可編程、雙隨機(jī)、擴(kuò)頻功能，其電阻可調(diào)開關(guān)頻率可與外部時(shí)鐘同步，以消除拍頻。與 TPS6288x-Q1 一樣，LM5137F-Q1 支持高達(dá) ASIL D 的功能安全設(shè)計(jì)。

Buck 控制器評(píng)估模塊

為了幫助您開始使用 LM5137F-Q1，TI 提供了 LM5137F-Q1-EVM12V 評(píng)估模塊 （EVM），該模塊在 36V 至 72V 的輸入范圍內(nèi)運(yùn)行，并提供 12V、20A 輸出。您可以通過改變反饋電阻值來定制 3.3 至 20 V 的輸出電壓。該模塊配有一個(gè)用于并聯(lián)阻尼的電解電容器和一個(gè)輸入 p 級(jí) EMI 濾波器。

圖 3 顯示了 EVM 的推薦測(cè)試設(shè)置。TI 建議使用輸入阻抗為 100 MW 的電壓表，并將電流表孔徑時(shí)間設(shè)置為 1 秒。要測(cè)量輸出電壓紋波，請(qǐng)?jiān)诮涣黢詈夏Ｊ较率褂?20 MHz 示波器，將示波器探頭放在輸出電容器的正端子上，并將探頭接地引線連接到電容器的負(fù)端子。3. 簡(jiǎn)單的測(cè)試設(shè)置可讓您研究輸入和輸出直流電壓和電流以及輸出電壓紋波。結(jié)論

隨著越來越復(fù)雜的車輛采用更先進(jìn)的駕駛員輔助功能，一直延伸到自動(dòng)駕駛運(yùn)行，它們需要能夠消耗超過 100 A 電流的 ADAS。TI 提供一系列降壓轉(zhuǎn)換器和控制器，這些轉(zhuǎn)換器和控制器可以提供必要的電流，同時(shí)最大限度地降低 EMI 并滿足功能安全要求。該公司還提供評(píng)估模塊，可以幫助您入門并保持您的設(shè)計(jì)走上正確的軌道。