ADI 二级电源可解决汽车 ECU 设计中的尺寸和噪声问题

2023年11月22日

文章来源

Macnica Engineer

ADI 二级电源可解决汽车 ECU 设计中的尺寸和噪声问题

引言

近年来，由于汽车技术的发展和环境的变化，包括电动汽车 (EV)、高级驾驶辅助系统 (ADAS)、自动驾驶 (AD) 和出于安全目的的 ECU 集成，与传统汽车结构相比，汽车行业进入了一个重大变化的时期。伴随着这一重大转变，安装在单辆汽车中的半导体数量也在逐年增加，并且随着 MCU 和 SoC 处理能力的提高，功耗也正在向更高的方向转变。在这种情况下，许多工程师在汽车 ECU 的设计中可能会遇到以下问题：

虽然在冷却和散热机制方面花费大量时间，但包括外围元件在内的电路板尺寸依旧很大。
为了应对更大电流带来的噪声，设计和评估工作的工时变得庞大。
使用大功率电源时会产生发热，但冷却和散热机制又难以处理。
越来越多的噪声过滤组件被添加到降噪系统中。

ADI 的二级电源可为上述此类问题提供解决方案，本文将介绍 ADI 一款配备静音切换功能的二级电源，它有助于减少随着 MCU/SoC 功率增加而产生的发热、降低尺寸和实现低 EMI，而这也正是汽车 ECU 的主要设计问题。有关 ADI 静音开关、低 EMI 开关稳压器的详细信息，可查看：《符合 CISPR25 Class 5 要求！ADI 用于简化车内 ECU 噪声设计的 Silent Switcher 技术》。

什么是二级电源？

二级电源中的二级一般是指从车载电池开始算起的第二级以后的电源，使用其他稳压器降压作为输入的电源，而不是直接从车载电池输入的稳压器，称为二级电源。ADI 的二级电源提供各种低电压输入和高输出电流产品。接下来我们将以代表产品 LTC3311S 为例，介绍使用 ADI 二级电源的好处。

转换效率高，解决发热问题

就开关稳压器而言，电源 IC 产生的热量大部分是由于电源本身的转换效率造成的，所以选择高转换效率的电源 IC 是克服发热问题最重要的一步。如下图 (图1) 所示，ADI 的二级电源转换效率高达 92% 以上，因此在需要高功率的应用中，可实现大功率的转换，同时减少热量产生。

可满足严格尺寸要求的两大特点

封装小，外围元件少

随着整车电动化程度的提高，对汽车 ECU 尺寸的要求逐年增加，同时电路板的尺寸问题也成为一大设计要点。ADI 的二级电源可在保持较小封装尺寸的同时，采用极少的外围元件进行简单设计。下图 (图2) 为 LTC3311S 的封装图，其采用紧凑型 3mm x 3mm LQFN 封装，在保持紧凑尺寸的同时可输出高达 12.5A 的电流。

业界领先的高速开关频率

除上所述外，LTC3311S 还能以高达 10Mhz 的业界领先开关频率进行驱动。通过提高开关频率，Vout 电容和电感可以选择电容值和尺寸更小的元件，如下图 (图3) 所示，这不仅降低了外围元件的单位成本和元件数量，还减少了设计工时。

下图 (图4) 为 LTC3311S 演示板的平面图，可以看到包括外围元件在内，其尺寸可控制在一个 1 平方厘米的正方形中。如下 LTC3311S 演示板出厂设置的开关频率为 2MHz 驱动，但通过将频率更改为 10Mhz，可以进一步减小电感和 Vout 电容的电容，从而将整体尺寸减少到小于 1 平方厘米。