实现更安全更舒适的体验，车载电源管理产品如何提供助力？
对于消费者来说，汽车无疑是相当“大”的一个消费品，因此在购买之前需要仔细权衡各种因素。而在诸多因素中，除了动力、外形等这些硬指标，如今安全与舒适性在人们购买决策时的权重也越来越高。
这是因为今天的汽车已经不再是一个简单的运载工具，而是演变成人们日常生活中居家和办公之外的“第三空间”，因此大家对于车轮上、座舱中的这段时间如何度过，也会有更多的期许。而为了满足消费者无止境的需求，开发者们也在不断推出新型的车载产品，以提供不一样的用户体验。比如下面这些新概念的产品和应用：
ADAS和自动驾驶
让汽车安全地自主驾驶，将人类从枯燥、累人的驾驶操作中彻底解放出来，可以说是人们对于汽车进化的“终极想象”。不论是今天的ADAS还是明天真正的自动驾驶，都是一种兼具安全性和舒适性的新功能。
车载LED照明
车外照明（也就是车灯）能够增强驾驶员的视觉能力，也是一种车与车之间通用的沟通“语言”，在安全性上的重要性不言而喻；而车内照明则有利于营造一种舒适的驾乘氛围，为用户提供更舒适的体验。不论是车外还是车内照明，从传统光源向LED迁移已经是大势所趋，由此带来的车载照明产品在使用寿命、可靠性和灵活性上的提升，已经得到了市场的验证。
智能座舱
这其中涵盖多种组件，比如中控、电子仪表盘、车机，以及比较新潮的HUD、手势/语音识别、疲劳驾驶检测等功能。不过它们设计的一个核心要义都是要成为一个高效和安全的人机交互界面(HMI),确保驾驶员能够快捷、直观、准确地获得信息，并做出及时、正确的决策。这自然也是提升驾驶安全和舒适性的关键一环。
类似的车载产品和方案还有很多，市场上也在不断涌现让人眼前一亮的新物种。不过所有这些产品和方案都有一个共同的特点——它们都是日益智能化的汽车电子产品。这也代表着一个大趋势：汽车的电子化程度在不断提升。据德勤（Deloitte）的研究报告，到2030年电子产品将占到整车成本的45％。
汽车电源管理设计的挑战
车载电子系统的增加，也意味着整车中的用电负载数量大幅增加，这样的压力会直接转嫁到汽车电源管理器件身上。
汽车电源管理器件的任务，就是将来自车载电池的电能通过多级的转换，最终输出给不同的汽车电子负载，其能否稳定可靠地工作，关系到各个车载电子部件的状态，可谓是“责任重大”。
图1：汽车电源管理系统简图
（图源：ROHM Semiconductor）
而且值得注意的是，汽车电源管理器件想要满足系统设计要求，并非简单的完成电能转换即可，而是要根据汽车应用环境的特殊要求进行专门的优化。这些需要特殊考量的设计要求包括：
01 转换效率
这是电源管理设计中非常关键的一个指标，在整车用电负载数量和总能耗不断攀升的背景下，在每一个电源转换节点上对效率锱铢必较，都非常有意义。这就需要汽车电源管理器件在提升电源转换效率、降低静态电流等方面持续优化，不断精进。
02 可靠性
汽车工作环境复杂，但是对于可靠性的要求却更高。电源管理器件是否能够在电压波动或者受到瞬态大能量冲击时，仍然能够保持一致、稳定的运行，显得尤为关键。因此，更可靠的过压、过流、过温等电路保护功能，往往会被集成到汽车电源管理器件中。
03 热管理
过高的温度会影响元器件的可靠性和寿命，而电源管理器件自身的发热以及汽车狭小而恶劣的应用环境，也会加剧这一挑战。提升电源管理的效率、采用利于散热的封装、优化PCB设计等举措，都有利于应对热管理的挑战，进而避免在设计中使用笨重、昂贵的散热器。
04 电磁兼容
EMI电磁干扰是汽车电子产品设计所面对的一个主要问题，它会干扰电子设备的运行，对车辆和驾乘人员的安全带来危险。具体到电源管理上，常用的DC-DC开关稳压器本身就是一个噪声源，而且稳压器数量的增加、开关频率的提升，以及设计小型化的要求，都会增加电磁兼容（EMC）设计的难度。为此，汽车电源管理器件需要采用一些特殊技术，来确保最终的系统设计符合CISPR 25 Class 5等EMC规范要求。
05 小型化
面对汽车上有限的空间，电源器件的小型化也是一个关键特性，采用更小的封装以减少占板面积，或者是在单芯片上集成更多的功能以简化系统BOM，都是行之有效的举措。电源管理系统的简化，也可以为其他组件提供更大的空间，为整车的电子系统设计带来更大的灵活性。
06 成本效益
虽然不像消费电子领域那么“卷”，不过成本仍然是汽车产品设计时的一个关键要素。而且这种成本优化的考量是综合的，除了电源管理器件本身的成本，是否有利于简化系统设计、缩短开发周期，或者便于在不同市场中的扩展，都会影响最终的成本效益，这也是电源管理器件可以为用户提供的价值所在。
总之，用于汽车安全和舒适性设计的电源管理器件，与通用型的产品相比会有更多的约束条件。当然，这也设置了一道无形的竞争壁垒，想要进入这个领域的厂商必须拿出一些硬实力、真功夫。
在汽车电源管理领域， ROHM Semiconductor （以下简称ROHM）就是这样一家实力出众、功夫了得的厂商。他们提供的产品不仅全，覆盖DC-DC转换器、LDO线性稳压器、LED驱动器、PMIC、电池管理IC等各个细分品类，而且每一颗电源管理IC都是围绕着车载应用的要求而精心优化和打造的，可以很好地支撑开发者在安全和舒适领域各种各样的设计创想。
高效且高速的车载DC-DC转换器
在汽车电源管理领域，车载DC-DC转换器（开关稳压器）凭借效率高、电压转换灵活（可支持降压、升压和升降压）、适用功率范围广等特点，应用非常广泛。不过，DC-DC转换器在开关动作中会产生较多噪声，且汽车电池或发电机输出电压波动较大，这都会对车载DC-DC转换器的设计和应用提出不小的挑战。
ROHM推出的BD9P系列初级DC-DC转换器就能够轻松化解这些挑战。其采用ROHM特有的Nano Pulse Control ™ 技术，以及新型的控制技术，在实现高速响应特性的同时仍然保持很高的效率——高负载时（输出电流1A）转换效率高达92％，且在轻负载时（输出电流1mA）也达到了85％，非常适合于ADAS相关的传感器、摄像头、雷达、汽车信息娱乐系统及仪表盘等应用。
图2：BD9P系列初级DC-DC转换器
（图源：ROHM Semiconductor）
与同类的产品相比，BD9P系列DC-DC转换器中突出的优势包括：
在极宽负载电流范围中实现高效率。 以往的电源IC，为了确保高速响应性能，需要较大的驱动电流，这就使得其在轻负载时很难同时实现高效率。而BD9P系列产品搭载了采用新型控制方式的电路，从轻负载到高负载均实现了非常出色的高效率，也就是说无论是汽车引擎停止还是运转时，都可以降低应用产品的功耗。
图3：BD9P系列在不同负载下均有高效率表现
（图源：ROHM Semiconductor）
电池电压波动时也可稳定工作。 通常DC-DC转换器在输入电压波动时可能会引起负载电流的降低，进而发生输出电压过冲问题，而BD9P系列DC-DC转换器的电压过冲仅有普通DC-DC转换器的1/10，使得车载电子设备在由于发动机起停引发电池电压波动的情况下，也可以稳定工作；而且还可以省去以往为应对过冲问题而使用的输出电容器，这也有利于简化系统，节省成本。
图4：BD9P系列在电池电压波动时也可稳定工作 （图源：ROHM Semiconductor）
具有优异的噪声抑制性能。 由于采用了Nano Pulse Control ™ 超高速脉冲控制技术，BD9P系列IC可始终在2.2MHz工作，而不会干扰AM广播频段（高达1.84MHz）。此外，由于内置展频功能，可有效降低噪声峰值，进一步抑制噪声，因此该DC-DC转换器非常适用于对EMI敏感的车载应用。
＜关于Nano Pulse Control ™ ＞
一种超高速脉冲控制技术。实现了纳秒（ns）级的开关导通时间（电源IC的控制脉冲宽度），使以往无法实现的高电压到低电压的转换成为可能。
您可通过详询ROHM以便进一步了解Nano Pulse Control™技术。
特别值得一提的是，BD9P系列可以和ROHM的BD9S系列次级DC/DC转换器配合使用，提供一个完整的高效、高速车载电源解决方案。ROHM也可以提供相关的参考设计方案，以及免费的在线仿真工具，大大加速车载电源系统的研发过程，节省综合成本。
图5：基于BD9P和BD9S的车载DC/DC参考设计 （图源：ROHM Semiconductor）
低功耗超小型LDO
除了DC-DC转换器，LDO线性稳压器也是车载电源管理系统中常用的器件。由于其具有噪声少、结构简单、成本低等特性，常用于噪声和成本敏感型的应用。
在LDO方面，ROHM同样具有很丰富的产品组合，而针对安全和舒适性应用，ROHM还专门开发了一些极具特色的产品，比如下面这款面向ADAS、车载雷达、车用仪表等应用而开发的BUxxJA2MNVX-C系列LDO，能够满足相关应用外形小、功耗低和响应快的设计要求。
图6：BUxxJA2MNVX-C系列LDO
（图源：ROHM Semiconductor）
外形方面，BUxxJA2MNVX-C系列LDO采用了1.0mm × 1.0mm超小型封装，与常见的1.5mm x 1.5mm封装的LDO相比，贴装面积减少了55%！此外，为了解决输入电压变动时输出电压变动及振荡问题，通常需要使用一个外置电容，相较于以往LDO产品所采用的1.0μF电容，BUxxJA2MNVX-C系列LDO仅需0.22μF电容即满足稳定输出电压的需要，这就使得整个电路系统的占板面积进一步缩小。
图7：BUxxJA2MNVX-C系列LDO采用超小型封装 （图源：ROHM Semiconductor）
在功耗和响应特性方面，BUxxJA2MNVX-C系列采用基准电压电路、放大电路等独有的电路技术，使得器件的消耗电流仅为35μA，这个数值只有以往产品的一半。而且消耗电流的降低并没有影响该LDO的响应特性，负载变动低至65mV。
可以想见，当工程师面对着小型化、低功耗、高可靠的车载电源系统设计挑战时，有这样一颗LDO摆在面前，难免不会心动。
高效率低EMI的PMIC
如果希望在有限的车载空间内，设计集成度更高、占位更小的电源系统，PMIC（电源管理IC）是一个不错的选择。所谓PMIC就是一种在单芯片中集成了多个电源管理电路，以及时序控制等功能的IC，与采用独立DC-DC、LDO及分立元件等搭建的电源系统相比，PMIC在减少空间和缩短开发周期方面优势明显。这些特性自然也会受到不少车载应用的青睐。
图8：BD86852MUF-C PMIC
（图源：ROHM Semiconductor）
ROHM的BD86852MUF-C就是一款专为ADAS车载摄像头应用而打造的PMIC，其集成有3个初级和次级降压DC-DC转换器、外部线性稳压器控制模块，以及CMOS传感器和图像传感电源的上电复位功能，仅通过单个IC即可进行电压设置和时序控制，因此系统占板面积可减少约41％，十分有利于车载摄像头模块的小型化设计。
图9：采用BD86852MUF-C PMIC
显著减小电源系统占板面积（图源：ROHM Semiconductor）
除了小型化，BD86852MUF-C PMIC在提升电源转换效率、降低车载摄像头模块的功耗上也进行了优化。由于BD86852MUF-C是通过外置的LDO向CMOS图像传感器供电，有利于将集中在IC中的热量分散开，而通过抑制整个电路的发热量，可以实现高达78.6％的转换效率，比普通产品提升约4％。
图10：BD86852MUF-C PMIC应用示意图
（图源：ROHM Semiconductor）
而且这种电路设计还有一个好处，由于缩短了CMOS图像传感器和LDO之间的距离，因此可以减少对电源线的干扰噪声，为CMOS图像传感器提供稳定供电。同时，BD86852MUF-C还有进一步减少EMI的对策——它在内置的DC-DC转换器中配备了展频功能，可将开关带来的EMI噪声峰值降低约10dB。这对于空间有限、电磁环境复杂的车载应用无疑是个佳音。
此外，BD86852MUF-C中还集成了各种保护功能，以及用来监控电压状态的Power Good功能，确保其可靠稳定的工作。而且，BD86852MUF-C PMIC的上述性能优势，已经在系统级的应用中得到了验证，成为ROHM小型化、高效率、低EMI的车载摄像头模块解决方案中关键的一部分（如 图4 ）。
图11：ROHM车载摄像头模块解决方案
（图源：ROHM Semiconductor）
低成本省空间的LED驱动器
LED照明在汽车中日益广泛的应用，一直在推动车用LED驱动器的发展。ROHM自然不会错过这个市场机遇，推出了一系列符合AEC-Q100标准的车用LED驱动器IC，包括升压、降压、升降压、充电泵、恒流LED驱动器等全系的产品类型，覆盖汽车外部照明（尾灯、转向灯、DRL/定位灯和雾灯）、内部照明、相机闪光灯、仪表板背光灯和LED状态指示灯等各类应用。
这些LED驱动器都针对目标应用进行了优化，比如下面介绍的这款内置MOSFET的4通道LED驱动器BD183x7EFV-M，就在减小空间、节省成本方面独具优势。之所以具有这些优势，是因为该LED驱动器采用了ROHM特有的热分散电路和LED单独控制功能两项新技术。
以往在多通道LED驱动电路设计中，各输出通道需要不同的热分散电路引脚，而BD183x7EFV-M利用独有的热分散电路，将多个引脚简化为1个引脚，通过一个小型的16-pin封装就实现了4通道更高输出（150mA/ch）。与此同时，LED单独控制功能也让以往需要两个LED驱动器实现对不同规格LED的驱动，现在只需一个驱动器就能实现，使得最终设计方案的占板面积大大减少。
图12：采用BD183x7EFV-M设计的
LED驱动方案占板面积大幅削减
（图源：ROHM Semiconductor）
BD183x7EFV-M在节省成本方面的价值，是通过简化设计流程来实现的。以往的多通道LED驱动产品需要为每个通道设计相对应的热分散电路，需要考虑每个通道LED的热分散电阻电气特性偏差以进行权衡调整，费时费力。而采用特有热分散电路的BD183x7EFV-M，只有一个热分散电路引脚，仅需进行一次热设计，省时省力。
LED单独控制功能同样有助于简化系统设计，缩短设计周期。BD183x7EFV-M内置灵活的LED单独控制功能，当LED发生异常时，可选择关闭所有通道或仅关闭单通道。由于世界各国对于发生异常时车载照明的安全标准不同，这一灵活的功能有助于用同一器件和方案应对不同国家和地区的法律法规，使得同一机型在全球不同市场扩展时，无需重新设计或大大减少研发的工时。
图13：BD183x7EFV-M的灵活性可支持
设计方案在不同市场的快速扩展
（图源：ROHM Semiconductor）
此外，BD183x7EFV-M还配备了能够提高设计灵活性的时序亮灯功能，仅需增加电阻器等外置元件即可实现不同机型扩展设计；而且还具有丰富的保护功能，在异常发生时防止LED驱动器和外围电路被损坏。
上述这些特性，让BD183x7EFV-M非常适合用于汽车及新兴的两轮机动车的尾灯（刹车灯、后尾灯）、雾灯、转向灯等汽车照明系统，让驾乘体验更安全更舒适。
本文小结
汽车安全和舒适性功能的扩展和用户体验的升级，少不了车载电源管理IC的助力。高效率、高可靠、小型化、低EMI，符合EMC要求、具有成本效益……诸多设计要求摆在面前，难免会让工程师挠头。
不过，如果你进入到ROHM丰富的车载电源管理产品和方案库中，会发现无论你有何种设计需求，总有一款专门优化的产品或方案适合你，为相关汽车电子产品的开发提供助力！本文仅仅是带大家走到了这个技术“宝库”的门口，从此起步，一起来深入探寻其中更多的宝藏资源吧。
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