伴隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，汽車電子技術(shù)在系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化、體積的微小化、系統(tǒng)集成等方面的研究取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，汽車電子技術(shù)的未來發(fā)展趨勢(shì)朝著信息化、安全、綠色、環(huán)保、高效、節(jié)能的方向發(fā)展。特別對(duì)于安全而言，始終是重中之重的話題。
進(jìn)入自動(dòng)駕駛和汽車電動(dòng)化時(shí)代，安全的定義范圍和內(nèi)涵進(jìn)一步得到擴(kuò)充和強(qiáng)化，這不僅體現(xiàn)在汽車主動(dòng)、被動(dòng)安全系統(tǒng)中各種傳感器的先進(jìn)性、中央處理/控制/執(zhí)行單元的響應(yīng)速度和算法的精確性、車載網(wǎng)絡(luò)安全性等等大家常討論的議題，還對(duì)遍布全車的電源技術(shù)提出了更高的要求，對(duì)于用電池、電機(jī)、電控變革了汽車傳統(tǒng)動(dòng)力系統(tǒng)的新能源汽車來說，電源技術(shù)的進(jìn)步更是愈發(fā)重要。
圖1：ADI致力于為汽車的電源管理提供領(lǐng)先的創(chuàng)新方案。
無論對(duì)于電池管理、雷達(dá)系統(tǒng)、測(cè)量測(cè)控單元、動(dòng)力總成還是信息娛樂系統(tǒng)、車燈照明等等，在汽車相關(guān)電源產(chǎn)品領(lǐng)域的變遷過程中，“安全可靠”也始終是一個(gè)關(guān)鍵詞。而在ADI公司提供的創(chuàng)新電源解決方案中，這一點(diǎn)可能反映為超低噪聲(電磁干擾)、電池主動(dòng)均衡和能量?jī)?yōu)化(安全駕駛更長(zhǎng)距離)、高低壓雙向轉(zhuǎn)換、新的浪涌和高壓保護(hù)機(jī)制等等技術(shù)特性，這些技術(shù)讓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高能效、優(yōu)化EMC和PCB空間，提高安全可靠性，適合滿足自動(dòng)駕駛和新能源汽車系統(tǒng)性能和安全性要求。
例如，針對(duì)汽車系統(tǒng)中不同電壓共存在情況，LTC3871的設(shè)計(jì)思路就是如ADILorry所介紹的，“日益復(fù)雜的車載電子功率增加帶來的電流增加伴隨的更粗的電纜提供更大的電流能力。48V系統(tǒng)的出現(xiàn)，是為了優(yōu)化電纜和車身布線，但是很多系統(tǒng)裝備，依然在短期內(nèi)沒法向48V系統(tǒng)遷移，因此相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)，會(huì)出現(xiàn)48V系統(tǒng)和12V系統(tǒng)共存的局面，把一個(gè)48V的電池組和12V的電池組連接起來，可以雙向供電，并對(duì)48V和12V系統(tǒng)進(jìn)行管理。這樣就可以保證在整個(gè)汽車系統(tǒng)安全運(yùn)行的問題。”
圖2：針對(duì)48V/12V雙電池應(yīng)用的雙向多相同步降壓/升壓控制器方案。
為此，Lorry還在現(xiàn)場(chǎng)為各位媒體展示了上圖這樣的一個(gè)系統(tǒng)板，并解釋到：“它的轉(zhuǎn)換功率有2.5千瓦，能夠提供非常好的穩(wěn)定性。這個(gè)在新一代48V系統(tǒng)的汽車?yán)锩媸欠浅?biāo)準(zhǔn)的配置，也可實(shí)現(xiàn)雙向電壓轉(zhuǎn)換。”
而從汽車系統(tǒng)的安全性和可靠性來講，汽車還會(huì)因?yàn)殡娖亢驮絹碓綇?fù)雜的系統(tǒng)而在啟動(dòng)時(shí)或受到意外干擾時(shí)會(huì)出現(xiàn)瞬間高壓情況，而這很可能導(dǎo)致組件的壞損。傳統(tǒng)的解決方案是加TVS管，但它有比較大的體積和相對(duì)高的重量等缺點(diǎn)。那么ADI是怎么解決的呢?
Lorry解答到：“我們考慮Surge Stopper，通過反饋和MOSFET控制把瞬間脈沖的干擾電源尖峰部分全部消掉，確保輸出電壓在我們?cè)O(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)，車身系統(tǒng)系統(tǒng)會(huì)更加安全。再結(jié)合可控的電源工藝，車身系統(tǒng)就不會(huì)因?yàn)橐馔獾母蓴_造成組件損壞。”
圖3：可替代TVS和保險(xiǎn)絲的浪涌抑制器方案。
激光雷達(dá)、普通雷達(dá)、相關(guān)測(cè)量測(cè)控單元是未來自動(dòng)駕駛非常核心和關(guān)鍵的平臺(tái)。Lorry介紹說，因?yàn)槔走_(dá)和激光雷達(dá)的精度和性能、穩(wěn)定性非常重要，所以針對(duì)雷達(dá)、射頻、高頻應(yīng)用，ADI推出了全球噪聲最低的幾款電源：如LT3042、LT3045，噪聲只有0.8微伏，與電池差不多。正是這樣技術(shù)的推動(dòng)和發(fā)展，使ADI能夠?yàn)樽詣?dòng)駕駛領(lǐng)域提供更好的性能和可靠性，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
圖4：77/79GHz汽車?yán)走_(dá)應(yīng)用的理想LDO選擇。
此外ADI廣為人知的新一代Silent Switcher2技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在車用電源中，以減少EMI的影響。如采用 Silent Switcher? 2 架構(gòu)的開關(guān)穩(wěn)壓器 LT8609S，運(yùn)用兩個(gè)內(nèi)部輸入電容器以及內(nèi)部 BST 和 INTVCC電容器，以最大限度減小熱環(huán)路面積。由于可提供控制得非常好的開關(guān)邊沿，因此 LT8609S 的設(shè)計(jì)顯著地降低了 EMI / EMC 輻射。這種改善的 EMI / EMC 性能對(duì)電路板布局不敏感，從而簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)并降低了風(fēng)險(xiǎn)，即使在采用兩層 PC 板時(shí)也不例外。
圖5：Silent Switcher 2讓兩層板也能擁有低EMI。
同時(shí)，目前ADI還在開發(fā)的PoDL(Power Over Data Line)技術(shù)，和POE類似，只不過是通過車載以太網(wǎng)傳輸能量。據(jù)悉，目前這只是一個(gè)前沿性研究，但隨著車內(nèi)以太網(wǎng)的普及，為了進(jìn)一步減低線束重量，PoDL很有可能變成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。如下圖所示，ADI PoDL解決方案，類似POE架構(gòu)，包括了PSE和PD兩端。
圖6：ADI PoDL解決方案可減輕汽車重量和線束成本。
由于環(huán)境保護(hù)以及能源短缺，發(fā)展新能源汽車成為世界各國(guó)的共識(shí)。對(duì)于中國(guó)來說，石油對(duì)外依存率逐漸升高已超過 60%，發(fā)展新能源汽車更具有戰(zhàn)略意義，因此針對(duì)新能源汽車的發(fā)展已建立了完整的政策體系，包含宏觀綜合政策、行業(yè)管理政策、推廣應(yīng)用政策及稅收優(yōu)惠政策等。在政策的推動(dòng)下，未來幾年新能源汽車銷量將持續(xù)走高，有數(shù)據(jù)表明 2020 年將達(dá)到 250萬左右的年銷量。
圖7：BEV 整車成本構(gòu)成。(來源：蓋世汽車研究院)
相對(duì)傳統(tǒng)燃油汽車，新能源汽車(NEV)的汽車電子占整車成本的比例在 50% 以上，特別是動(dòng)力電池占據(jù)整車成本40%以上。ADI針對(duì)新能源汽車電池系統(tǒng)推出了一系列能量?jī)?yōu)化解決方案，可實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)距離的安全駕駛，例如12V系統(tǒng)的BMS、主動(dòng)均衡以及48V系統(tǒng)均衡應(yīng)用。
例如，LT8584是一款單片式反激 DC/DC 轉(zhuǎn)換器，專為高電壓電池組的主動(dòng)平衡而設(shè)計(jì)。開關(guān)穩(wěn)壓器的高效率顯著地增加了可實(shí)現(xiàn)的平衡電流，同時(shí)減少了發(fā)熱量。另外，主動(dòng)平衡還可實(shí)現(xiàn)不平衡電池組中的容量恢復(fù)，這是采用被動(dòng)平衡系統(tǒng)無法獲得的特性。在典型系統(tǒng)中，可獲得超過99%的總電池容量。
圖8:單片式反激 DC/DC 轉(zhuǎn)換器LT8584可用于高電壓電池組的主動(dòng)平衡。
LTC3300-2 是一款故障保護(hù)控制器 IC，適用于對(duì)多節(jié)電池的電池組進(jìn)行基于變壓器的雙向主動(dòng)電荷平衡。該器件集成了所有相關(guān)的柵極驅(qū)動(dòng)電路、高精度電池感測(cè)、故障檢測(cè)電路和一個(gè)帶內(nèi)置看門狗定時(shí)器的堅(jiān)固型串行接口。
而鉛酸電池平衡器LTC3305 可平衡多達(dá) 4 節(jié)串聯(lián)連接的鉛酸電池。它旨在與一個(gè)單獨(dú)預(yù)先存在的電池充電器結(jié)合使用以作為高性能電池系統(tǒng)的一部分。其集成了所有的電壓監(jiān)視、柵極驅(qū)動(dòng)和故障檢測(cè)電路。
圖9：汽車大燈LED啟燈矩陣方案為汽車提供了一種更佳的安全性。
ADI對(duì)于比較流行的概念啟燈式大燈方案也有涉足。汽車前面有一排不同的燈，每個(gè)燈單獨(dú)控制，汽車在道路上行駛時(shí)，系統(tǒng)可以通過計(jì)算機(jī)控制、總線來控制LED矩陣。然后把對(duì)應(yīng)車位置的那個(gè)LED燈給關(guān)掉。這樣做的好處是即可以繼續(xù)照亮其余部分的道路，同時(shí)不會(huì)晃到對(duì)面來車和人。ADI這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)推向市場(chǎng)，有助于更安全地在未來自動(dòng)駕駛和自動(dòng)化程度越來越高的場(chǎng)合下解決安全性問題。
