T-BOX 电源设计

大家好 我是汽车技术支持 我叫罗志明 英文叫马卡罗 那接下来就由我来介绍一下 T-BOX 在这个应用里面 TI 对应的解决方案 那先来了解一下什么是 T-BOX 那 T-BOX 是一个远程控制单元 那这个就是嵌入式的系统 提供了一些云平台 跟车身的一些交互信息的一些交互 现在车厂主要是用这个 T-BOX 来做一些主要的作用 像一个电子收费 紧急呼叫 远程停车 包括远程开门 导航服务 交通辅助等这些功能 包括有一些自动诊断的一些功能 所以 T-BOX 可能在未来的应用中 越来越广泛的应用到 车厂跟这个用户之间的信息的一些沟通 那在 TI 的官网上 我们有非常多的一些参考设计 供大家去做应用设计的时候参考 那大家登陆我们 TI.com 的官网 选择应用与设计 在信息娱乐仪表盘这个页面里 点击进去之后 选择我们远程信息处理单元 那选择对应的功能子单元 进去之后我们会显示这样的一个菜单页面 那这个页面当中你点击对应的功能框图 那这个框图里面对应右边 会出现我们的一些关键的产品 包括我们的参考设计 那大家可以点到这部分各个功能去看 我们对应的一些主要的推荐的产品 那 T-BOX 主要分为几大部分 那第一个部分就是电源部分 第二部分是充放电管理 第三部分是紧急呼叫的单元 第四部分是那个无线的部分 第五部分的话是我们的接口部分 那还有其他的像一些 逻辑跟一些时钟的单元 那接下来的话我主要会从以下几个单元部分 展开去讲对应 TI 的一些解决方案 那电源在 T-BOX 当中是最重要的 那第一部分电源 汽车电源是用的 12 伏的一个系统 那进来的话一般会在前端加一个电流检测 那对应的 TI 的设备的话有 INA199 那另外一个的话有一个开关的一个 高边开关的一个 MOS 的一个开关 那可以用我们 LM5050-Q1 这个产品 那进来之后电源的大概的轨道分为两级 第一级的话就一般从 一个 12 伏转成一个 5 伏 那这里会有两个路径 一个路径是用我们的宽压的 buck 那这个降压的话就是说 从这个 12 伏直接降到 5 伏 那另外一个旁路 还有一个辅助的一个 LDO 那这个 LDO 的话主要提供在一个 静态功耗模式下的一个应用 那你在低功耗模式下的时候 我会把这个宽电压的 buck 去把它禁止掉 然后从这个静态电流小的 LDO 实现后级的供电 那这个主要用能是降低整个 T-BOX 系统 在低功耗状态下的一个静态电流 那因为二级电源的话 就是主要跟后面的负载的供电 那这因为五伏并不是 后面负载的所有的供电电压 所以后面还要进行一个二级的降压 那有两种 一种是用 buck 来降 那种来的话主要是取决于你的负载的要求 如果说对一些大电流的一些负载 那位采用这种升降压的芯片来做 像我们的 TPS62090 如果是负载电流比较小的 那我们可以用 LDO 来降 像我们经典的 TLV700xx 这个系列 那还有一种的话就是 有些是带有 Q 功能的 那带有 Q 功能的话 主要是会存在一个 功率运放的一个供电电压 它高于我们的一级降压五伏 那这就会存在一个升压的一个要求 那我们可以选择我们的升压的器件 TPS6108x 的这个系列 从始电压升到一个九伏 或者更高电压的一个范围 还有一种方案就是电源里面 还有一种方案就比较奇特一点 就是这个的话因为我们的电池系统 是一个12伏的一个供电系统 那它可能会先保证这个12伏 一级电源它用一个升压来确保 一级电源输出是一个12伏的稳定的电压 那主要是因为在特殊的应用状态下 你的电源系统可能会降到比较低的电压 比如说发动机点火 那可能会把这个汽车的电池电压 拉到五伏的这样的一个水平 那这为保证12伏的供电 那持续一级我们就先用一个升压芯片 像我们的 TPS55340 再升到一个 12 伏一个电压 后级再采用降压的作用芯片 来实现后级的一个供电电压的需求 那因为你一级已经降到 12 伏的一个电压 那后级就全部用降压的范围 包括你的功放 那 9V 包括你的 MCU 的供电 3.3V 包括你的像 4G 的模块的供电 3.8 伏或 5 伏的这种供电 那这个同样的原则 就是说根据你的负载的功率的大小 那选择是降压芯片还是 LDO 那如果是你的负载比较大 那可以用降压芯片 如果负载比较小的 那可以用 LDO 这种芯片来做 那在这里的话我推荐一下 我们一个比较新的一个降压芯片 那这个是基于我们 LPC9 的工艺 来做的一个新的产品 那这个是一个宽电压的 一个输入的一个降压产品 36 伏的一个宽电压 最高电压可以迈到 42 伏 那 2 安 3 安那 33630 的话 对应的是 3 安 那 33620 对应是 2 安 那是一个同步的一个降压的一个产品 它主要有几点 第一点的亮点的话 第一个是它的内置的 RDSon 的话 是 85/55 毫欧 然后另外一个就是 50 纳秒的动态响应时间 然后静态的电流 没有负载的情况下小于 25uA 还有一点就是说它的是支持三个频率 一个 410k 1.4M 跟 2.1M 大家知道就是说 在汽车应用我们做 EMI 的时候 那可能主要是音频的 那个收音的一个干扰 那我们大部分会选择 高频的 2.1 兆这种频率来做 还有一个就是我们的封装 我们封装的话有两种 第一个是 SOC-8 还有是 QFN-12 的一个封装 那这有 QFN-12 的一个封装是 3×2 的 小尺寸的一个封装 我们对比这两个尺寸的一个大小的话 大家看到这个尺寸是小得非常的多 然后这一代产品的话 是基于我们 LPC9 的一个工艺的话 它有几大非常大的一个亮点 第一个第一点的话就是说 我们的是那个 RDSon 比较小 然后另外一个是尺寸小 还有一个是那个匹配的电感非常小 匹配电感的话 这个如果说我们选择 2.1M 3A 的一个输出电流的话 那我们的匹配电感是可以降到 1.5 毫亨的样子 那如果是我们以前其他同类的产品的话 那电感的大小应该是 2.2毫亨 那这个就能降低你的一些电感的尺寸 包括降低你电感的一个成本 那还有一个比较大的一个创新的亮点 就是说我们这个产品是采用了倒装的技术 那大家看到这幅图的话 我们是采用这个是传统的 采用这个线邦定的方式来做 那在这种邦定的过程中 这里就会有一个走线 那走线在里面其实在这个芯片内部 很容易产生 EMI 的干扰 那我们这种新的倒装技术的话 直接从这个引脚直接引从这样往下走 那这样就避免了这个引线的一个 这种 EMI 的一个 额外的一个 EMI 的一个产生点 那能降低整个 EMI 的一个性能 那接下来讲一下我们的电池的一个方案 充电 因为 T-BOX 其实是要在 紧急状态下能完整的工作 那这个就会有一个备用电池的一个需求 那它主要有三点的要求 第一个就是说它要能通话 就是当你的那个主系统的电源 就汽车的电源出现意外的情况下 你的备用电池要能正常的工作 那能实现通话的一个功能 另外一个就是要符合 汽车温度的一个温度的一个要求 然后要能循环的充电 那其实市面上比较通用的电池有两种 一种是镍氢电池那另外一种是锂电池 那镍氢电池有一个 它的特点 比较大的优点 就是说安全可靠 但他有自己的缺点 比如说单节电池电压低 他的能量小 那锂电池现在越来越多的车厂 会选用锂电池这种方式来做 那锂电池的它的优点就是能量密度大 他一节电池呢能量可以超过镍氢电池三节 同样体积上能超过镍氢三节串的这种的能量 另外一点说锂电池 但它有自己本身的一些缺点 比如说可靠性上面 安全的保护方面比镍氢电池上要求会比较高 那对应的 TI 的一个充电的方案来讲的话 那对应的锂电池的话 我们采用我们线性充电管理芯片 像 BQ24075 或者 BQ24081 这种芯片来做 那镍氢电池来说相对充电管理 我们可以用 BQ20 来做这个镍氢的充电管理 那但在镍氢充电管理的方案当中 很多实际客户在使用的过程中 可能不会选择专用的镍氢充电管理芯片来做 这个主要是因为 镍氢充电管理的芯片成本的比较贵 然后镍氢充电管理相对会比较安全 那客户会选择用 LDO 的这种方式 来进行充电管理 因为 LDO 会限制最大的一个输出电流 那能保护你镍氢的充电管理的电流 所以它这种会用 LDO 来做 那对应的话也可以选择我们的 TI 的一些 LDO 的产品 来对这个镍氢的充电管理 那因为锂电池的充电管理 要求会比较高一点 包括它的一些安全可靠性要比较高 那这种的话一般是专用的锂电池芯片来做 那锂充电电池的放电管理的话 我们会用一个 因为这里的电压的话 会降到三伏左右的一个电压 那这里的话会用我们的放电管理芯片 TPS61088 来做这种放电 升到我们在前面讲到的 一级的一个稳定的电压的范围 一个五伏的一个电压的轨