車載電源樹參考設(shè)計白皮書

近年來，隨著汽車事故預(yù)防措施和自動駕駛技術(shù)的發(fā)展，對支持高等級安全要求（ASIL）的高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）的需求也與日俱增。自動駕駛是指由搭載于汽車中的單元代替駕駛員執(zhí)行人類駕駛汽車的四個要素（通過耳朵和眼睛進(jìn)行“認(rèn)知”，通過大腦進(jìn)行“預(yù)測”和“判斷”，通過方向盤和油門進(jìn)行“操作”）的駕駛。要想實(shí)現(xiàn)安全的自動駕駛，需要準(zhǔn)確的感應(yīng)和及時的顯示和控制。因此，硬件中攝像頭和傳感器的使用數(shù)量呈增加趨勢，并且為了能夠準(zhǔn)確地告知情況，對信息娛樂系統(tǒng)也提出了多功能化要求。

在這種情況下，用于實(shí)現(xiàn)安全功能的單元還需要監(jiān)控內(nèi)部運(yùn)行狀態(tài)，并注意因單元故障而導(dǎo)致的功能喪失情況。這也需要電子電路來監(jiān)控每個單元內(nèi)部的運(yùn)行狀態(tài)，這將使電子電路變得更復(fù)雜，使單元和系統(tǒng)設(shè)計需要投入的時間變得更長。

市場所需的參考設(shè)計

隨著車載單元數(shù)量的增加以及必須通過電子電路實(shí)現(xiàn)的功能的增加，ADAS/信息娛樂系統(tǒng)外圍單元的電子電路需要進(jìn)行以下復(fù)雜的設(shè)計：

?隨著攝像頭和傳感器數(shù)量的增加，需要安裝的電子元器件數(shù)量也在增加，需要供給的電源軌也變得越來越復(fù)雜，因此需要在成本、尺寸和特性方面進(jìn)行優(yōu)化組合。

?由于不能犧牲續(xù)航里程，因此就需要高效率的電源系統(tǒng)。

?由于除了功能設(shè)計之外還存在其他設(shè)計元素（例如CISPR25 Class5的噪聲標(biāo)準(zhǔn)），因此不僅需要設(shè)計產(chǎn)品本身，還需要設(shè)計整個車載單元。

?要改進(jìn)單元和系統(tǒng)的安全功能，就需要能夠監(jiān)控電源軌、檢測電子電路故（找元器件現(xiàn)貨上唯樣商城）障并將相應(yīng)信息傳輸給CPU的功能。

為了滿足此類市場需求，ROHM開發(fā)了滿足單元設(shè)計所需設(shè)計元素的參考設(shè)計，并開始公開設(shè)計數(shù)據(jù)。

參考設(shè)計“REFRPT001”的概要

此次介紹的參考設(shè)計“REFRPT001”的概要如下：

?配備8個系統(tǒng)的電源功能，涵蓋ADAS/信息娛樂功能所需的電源軌。

?一次(*1)DC/DC轉(zhuǎn)換器IC采用“BD9P系列”，即使輸入電壓低于設(shè)定的輸出電壓（例如電池啟動時），也可以穩(wěn)定地供電。

?二次(*1)DC/DC轉(zhuǎn)換器IC采用“BD9S系列”，該系列產(chǎn)品具有超小型和超高效的特點(diǎn)。

?電源監(jiān)控IC采用“BD39040MUF-C”，可以監(jiān)控全部8個系統(tǒng)的輸出電壓，并具備IC自我診斷功能，有助于提高功能安全等級。

?已完成系統(tǒng)級驗證

-已完成標(biāo)準(zhǔn)電氣特性測試

-已完成EMC測試（在沒有輸入濾波器的條件下，符合CISPR25 Class5要求）

-已完成熱測試（分散配置高效率DC/DC轉(zhuǎn)換器IC，可分散熱量）

?所使用的IC和分立元器件均符合車載AEC-Q100和AEC-Q101標(biāo)準(zhǔn)。

?主要IC均支持功能安全“FS supportive(*2)”。

參考設(shè)計“REFRPT001”的參考板“REFRPT001-EVK-001”的外觀圖（圖1）和框圖（圖2）如下。假定條件：從2個系統(tǒng)的一次DC/DC轉(zhuǎn)換器“ BD9P系列”分別分支出4個系統(tǒng)輸出，并為SoC、MCU和CAN設(shè)備供電。另外，由于8個系統(tǒng)的輸出電源軌均由電源監(jiān)控IC負(fù)責(zé)監(jiān)控，因此有助于提高功能安全系統(tǒng)的等級。

圖1.參考板“REFRPT001-EVK-001”的外觀圖

圖2.參考設(shè)計“REFRPT001”的框圖

接下來是作為評估數(shù)據(jù)而公開的EMC測試結(jié)果。從測試結(jié)果可以看出，即使讓整個參考板運(yùn)行，在沒有輸入濾波器的情況下，EMC輻射噪聲（天線垂直）（圖3）、輻射噪聲（天線水平）（圖4）和傳導(dǎo)噪聲（圖5）均符合CISPR25 Class5標(biāo)準(zhǔn)。在PCB上還預(yù)先預(yù)備了用于增加噪聲特性余量的輸入濾波器安裝圖案，因此還可以針對會對整個單元的改進(jìn)工作具有重大影響的EMC問題采取增加輸入濾波器的措施。

全力支持客戶設(shè)計的內(nèi)容和工具

針對參考設(shè)計“REFRPT001”，已經(jīng)在ROHM官網(wǎng)上公開了以下數(shù)據(jù)作為支持客戶設(shè)計的開發(fā)工具（內(nèi)容和工具）。

?參考框圖/參考電路圖/零部件清單（BOM）

?PCB信息/ Gerber數(shù)據(jù)

?測試報告（電氣特性、EMC特性、熱特性）

?免費(fèi)的在線仿真工具（參考設(shè)計的部分電路）

?所搭載產(chǎn)品的SPICE模型

?所搭載產(chǎn)品的CAD工具用符號＆引腳焊盤

?所搭載產(chǎn)品的熱仿真用熱模型

另外，如上所述，還可以使用ROHM Solution Simulator(*3)對本參考設(shè)計的（找元器件現(xiàn)貨上唯樣商城）部分電路進(jìn)行仿真。ROHM SolutionSimulator是一款免費(fèi)的在線仿真工具，由于還提供包括外圍電路在內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)電路，因此無需準(zhǔn)備仿真電路和模型就4/7可以輕松地進(jìn)行仿真。接下來介紹一個仿真示例。

圖6是2個系統(tǒng)電源樹的仿真示例，該電源樹為電池供電，一次DC/DC轉(zhuǎn)換器IC“BD9P105”后段配備有二次

DC/DC轉(zhuǎn)換器IC“BD9S201”和LDO“BD00IA5M”。（請點(diǎn)擊這里查看仿真電路。需要注冊“我的羅姆”。）

圖7是3個系統(tǒng)電源樹的仿真示例，該電源樹為電池供電，一次DC/DC轉(zhuǎn)換器IC“BD9P205”后段配備有各種

二次DC/DC轉(zhuǎn)換器IC。（請點(diǎn)擊這里查看仿真電路。需要注冊“我的羅姆”。）

融入先進(jìn)技術(shù)的產(chǎn)品，成就ROHM特色參考設(shè)計

這次的特色參考設(shè)計由凝聚了先進(jìn)技術(shù)和功能的產(chǎn)品打造而成。

?BD9P系列（采用NanoPulseControl?技術(shù)的產(chǎn)品(*4)）

-42V耐壓、車載一次DC/DC轉(zhuǎn)換器IC系列（表１）

-具有出色的高速響應(yīng)性能，可在電池啟動后立即穩(wěn)定供電

-具有展頻功能，低EMI（低噪聲）

-支持功能安全“FS supportive”

?BD9S系列

-車載二次DC/DC轉(zhuǎn)換器IC系列（表２）

-搭載有助于提高系統(tǒng)可靠性的輸出電壓監(jiān)控功能，并且可以設(shè)置軟啟動時間

-超高效運(yùn)行

-開關(guān)頻率2.2MHz(typ.)，不會干擾AM頻段

-支持功能安全“FS supportive”

?BD39040MUF-C

-內(nèi)置自我診斷功能（BIST）且支持功能安全的電源監(jiān)控IC（圖8）

-搭載可調(diào)看門狗定時器（Window型）以及過電壓監(jiān)測、欠壓監(jiān)測、復(fù)位功能

-搭載自我診斷功能（BIST），不僅可監(jiān)控系統(tǒng)的電源軌，還可以檢測潛在故障

-內(nèi)部基準(zhǔn)電壓電路和振蕩電路采用多路復(fù)用，故障概率顯著降低

-支持功能安全“FS supportive”

-3mm x 3mm小型封裝，可輕松改造系統(tǒng)

?RBR3LAM60BTF

車載級（符合AEC-Q101）高可靠性，60V肖特基勢壘二極管。在本參考設(shè)計中，用作電池輸入端的防回流二極管。為了盡可能地減少二極管正向電壓（Vf）引起的電壓降，采用了Vf很低的RBR系列。

?RV4C020ZPHZG

車載級（符合AEC-Q101）高可靠性，1.5V驅(qū)動低導(dǎo)通電阻PchMOSFET。底部電極封裝，但由于采用安裝可靠性更高的可潤濕側(cè)翼形狀，因此安裝后的視認(rèn)性更好。在本參考設(shè)計中，用作將3.3V系統(tǒng)分支的負(fù)載開關(guān)。

審核編輯黃宇