电源树解决方案

第一个是PowerTree的solution PowerTree的solution的话，刚刚其实我们已经大概把 所有的那个整体的 PowerTree都过了一遍 这个大概列出来就是说，我们这个整个电源系统所需要的 一些系统的一些 feature 比如说我们刚提到的，它需要有那个多层级的结构 首先可能是需要一些wide Vin buck 然后再做一些 low Vin buck 然后LDO，然后去做一些电频的转换 然后第二这样的话就是需要满足这个consumption 的要求 因为我们知道，这个电源是直接从电池取电的 那么在车上对所有的控制器都会有一个在IQ的要求 静态电流的要求，因为有时候，我们的这个静态电流大的话 就会加快我们这个从电池电瓶取电的这么一个速度 那有时候你的车可能放着三天不开，那可能就没有办法启动 因为它的电瓶电压已经掉下来 那这是一方面，另外一方面就是对于这个external amplifier来说 我们这里面有很大一部分就是这个功率器件 那么功率器件它对电池也是有一个那个功率消耗的 然后功率消耗很多时候就转化为热的形式散发出去 对我们的散热也会提出更多的要求 所以说对这些功率器件的话，我们希望做到的是效率越高越好 然后效率越高，那说明我们从这个消耗变成热的那个部分就少了 从而可以优化我们整个散热的一些处理。第三就是稳定 跟有效 这个就是大概用我们的TI器件搭出来的一个typical的PowerTree。 这个时候我们可以看到，对于standby的MCU我们会用一个standby 的LDO 去供电。直接从一级转到 3.3V 就给这个MCU做一个长供电 我们有那个我们的HeroPop，比如说TPS7B82 然后对于这个 Tracking Boost，这一路其实给我们这个功放去供电的 它需要一是电压比较大第二是功率比较大 我们也会有这个LM25122的等等的一些boost的器件 去完成这个Tracking Boost的功能。这个我们会有那个参考设计 待会我们一起可以看一下 下面的话就是Boost，更多是需要满足一些（听不清） 条件下面就是start/stop启停一些功能我能保证我们这个控制器 部分功能能够正常工作 就是下面的话，就是我们的一级电源 通过一级电源我们可以得到一个系统级的3.3V跟5V 然后把这个3.3 V跟5V再通过我们的二级电源去转换成更低的 一些电压轨道 像这些都是我们在ti.com上可以找到的一些料 然后我也是我们在汽车上用的比较多的一些电源的料 这个是那个one page就是介绍我们这个器件的相关功能的 首先列出来的就是我们这个 standby 的LDO 它能够提供 300 mA的最大电流的供电 然后放在一级，所以of course它需要支持到40V的一个电压 那么，low IQ就是说做一级的，它一直接在电池上呢 是一个必须的功能。我们的IQ 还可以做到typical 3μA 最大是5μA。如果你把它 shut down的话，可以做到0.5μA以下 Ok 这个是我们在车上用的非常多的一个 standby 的LDO。 接着就是我们这个一级的 buck最大支持到36V 然后它会有那个3A、2A的版本 而且它是那个pin-to-pin的，就是你在设计上可以用同样的 一个封装跟同样的一个设计，然后再根据你具体客户项目需要 或者说这个电压轨的一些需要去换我们同系列的不同器件 来满足不同的电流能力的一个输出 那么，这个buck的话，它其实也是有一个比较低的一个静态电流 然后我们的开关频率是可配的，最大可以到2.1MHz 就2.1MHz是很多我们TI的新的一代的器件选择的开关频率 包括电源，包括class-D。因为 am频段跟fm频段中间，在sys825里面它是对这个频段没有 这个EMC的要求。同时因为相对于比如说400 多 k 的基频 有可能它的倍频就会落在我们这个am频段上面 我们选择 2.1M这个频段的话，这个am频段的话 就可以有效的避开可能的一些EMC的一些干扰 OK 下面的话，它还有很多作为电源芯片的一些优化的功能 比如说，soft start功能，就是上电的时候，它不会就上升沿非常快 里面的那个reference会有一个慢慢上升的一个电平 去这个作为一个reference，因此我们输出电压它也是 呈一个缓慢上升的一个过程 能有效避免这个过充或者说我们一级电源后面接的比较大的 电容的时候能够有效能够限制我们这个瞬态输出电流 保证这个系统的安全性。当然它还有很多这个短路的保护、热保护 以及内部的环路补偿等等的功能。所以这颗料是非常适合用在 我们这个一级电源上。 下面的是我们的二级电源。二级电源的话， 其实它也是一个pin-to-pin的设计。 它的varian就更多，它有1A、2A、3A、4A。 那同样的封装你可以换不同的器件就能实现不同的功能 同样我们这个开关频率也是在二点几兆 然后它会有force-PWM的模式或者说外部sync 这个都是对EMC的一些考虑。如果你没有，像一些如果是 系统比较复杂，你希望整个这个电源架构 它是有那个外部的时钟去统一这个整个开关频率的话 就可以通过这个外部的同步这个功能去把你所有的器件 都同步在相似或者说你需要的一个频率上面 这样的话，对于整个EMC，就整个产品的EMC来讲 它可以把那个影响，就是减到最少。 这是电源 下面的话，我们可以看一下，我们这个boost power supply 的一个 tracking reference design。因为这个是给power IC 去供电 就我们功放去供电。所以它第一个要就肯定就是一个比较大的输出功率 以及要达到一个比较大的效率 然后它需要具备一个tracking的功能， tracking的功能就是说 其实我们知道音乐它其实有一个envelope的参数。 它其实有包络这样一个概念。包络这个概念就是说 这个音乐在播放的时候，它其实肯定是一个频率信号 但是它的电压可以成为用一个包络线去画出这个音频信号的包络线 那么，我们可以看出，在某些音段的时候，它可能需要一个电压比较大 然后在某些时段说它需要一个输出电压比较小 这个时候如果是单纯的一个Boost或者说一个固定的 一个电压输出级的话，那是它是做不到那个输出电压的改变 因为它的feedback网络是固定的 这个时候的话可能对于我们这个功耗来讲，就会再比如说 在小电压的时候我们其实就会有一定的一些损耗加大 那最理想的状况就是我们可以通过根据我们这个信号 就音频信号，这个电压的包络线去调整我们的那个供电的输出的电平 那么这个的话就需要我们一个tracking的功能 就我们这个processor 或者MCU 可以通过一些比如说PWM信号 比如说输出的一些模拟信号去调整我这个供电输出的电平 第三个的话，就是说，这个current balancing 但是就很多时候如果是功率比较大，或者电压，就功率比较大 在电压比较大的情况下，我们可能会用到多相 去做这个供电结构。就是它不只是一相 那么每一相它可能交替就不同的那个相位角去工作 然后交替地给外部的这个 class-D去或者speaker去供电 那这个时候就会有一个电流的balance的问题 我们怎么把不同相之间的电流去做一个 balance 能够尽量让大家都在同一个功耗的水平上 下面这个网址就是我们对于这个tracking power supply reference design的一个网站 我们是用一个LM25122，这个一个boost的芯片去做 它是一颗同步升压的芯片 同步的话就是说，它其实是上管下管都是用这个 mos管 而不是我们以前用的那些非同步 它可能是上管用的是二极管，这样的话 其实是同步电源比非同步电源能够更有效地提高这个效率 它本身是一个单相的器件，就是它是说，一个单相的boost。 输入的电压范围是3V~42V，那它输出可以最大到50V 有一个特点就是它是可以满足这个多相的输出 那就说我可以把两个 5141，甚至四个 5141，哦哦哦不对 2512 去做这个并联的一个输出然后再通过它的一些 sync pin去做这个相位的同步，能达到一个更大的一个输出的功率 Ok 这个是我们的 reference design的TIDA Automotive Tracking Power Supply Reference Design 要实现的功能就是我们在输入是9~16V的这个电池电压有效范围内 我们需要做到一个16V~40V的输出，同时需要保证 这个输出电流最大可以达到 10A 那其实已经是一个比较大的一个输出功率 正常来讲，我们的功放的话，它要求的话有很多档 根据我们输出功率的不同，其实我们可以提供不同的电压 有的功放的话，它需要的是二十几伏最大就 ok了 有时候是三十几伏，有的甚至到四十几伏 这样的话就能够有不同的梯度去满足不同的一些功放的 对输出能力的这么一个要求 Ok这个是我们的 Reference design的block diagram 然后右面是我们的实物图 电路电压这是一个，其实，一个两相的并联的设计 就是他用了两个25122去做boost，后面输出这个phase 1和phase 2 那个就做两相的一个输出然后16V~40V/10A 那么在两个 2512的设计里面它是需要一个sync信号去做一个同步 因为 2512它其实是有一个 syncout的输出 就是说它开关频率再把开关那个（听不清）信号 进行了一个 180 度的移相然后再输出 同时它也有一个那个外部输入，同步的输入 那我们把这个其中一个 master 2512同步输出给到另外一个 slave的25122的同步输入 这样就可以完成我们这个两相的一个相位的同步 它们俩是可以错开一个 180 度 OK，那么tracking的功能主要是通过这个automotive control的 模组就是模块去实现的 它可以接受这个PWM的这个tracking 就是你从10%到90%的占空比来对应着我这个16V到40V 输出的范围 当然你也可以通过一些模拟的电平 去做这个控制 这个是我们的 reference design的原理图 其实这些资料在我们ti.com上面都有 可以找到这个 reference design 或者从这个25122 页面进去之后找它的 reference design 然后就会有这个 external amplifier tracking power的design 里面的话我们会有详细的资料包括我们刚才说的那个Block Diagram 现在看到的这个原理图，大家都可以看到 甚至我们的 layout 的文件跟图片我们推荐的layout 在上面都有，也为大家做同类的设计 提供一个方便 这个看到我们就是两片的25122 然后这个就是我们的 tracking 的一个电路 正常来讲，我们的反馈，就是通过把输出电压 接一个上下拉电阻分压 然后就拉到我们这个 feedback pin去做这个反馈 那么如果你需要外部可以控制这个输出电压 我们就可以通过外部改变这个Feedback网络结构去影响 或者说是控制我们这个最终的实际的输出电压 刚刚说了，我们接受PWM的信号。 那PWM的信号，它经过我两级的RC滤波之后就会 在这里其实产生了就等于是加载的一个 等效的直流电压 那么这个直流电压的大小就会影响到最终我们这个输出电压的大小 因为这个输出电压在这个网络上加载了这个电压 同时我们这个控制电压在这个网络上也加载了这个电压 这个Feedback电压是永远要保证1.2V一个稳定的状态 因此，我们这个PWM 加载的电压越大 那我们的Vout电压就会需要变小来维持这个 feedback点的1.2V的电压 因此这个PWM占空比越大，那我们这个Vout就会越小 反之亦然。通过这个PWM占空比 我们就可以控制了我们这个输出电压能够 有效地实现16V到40V的Vout