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请问如何去设计一种复杂系统的电源?

关键词:路线性稳压器 电源管理 IC

时间:2021-06-15 10:16:51      来源:网络

我们前段时间介绍了一款型号为 RTQ5115-QA 的电源管理 IC,其中包含有 4 路 Buck 转换器和 8 路线性稳压器,还有 MTP 存储器可以存放对它进行工作设定的数据,这款器件就可以被我们用来为 Autus I20(MT2712) 供电,对其不能满足需要的部分则用另外的器件来补足,这样就得到了一个很实用的车用信息娱乐系统 SoC 部分的电源管理方案。

 

要用到车上去的 Autus I20(MT2712) 需要多少种电压供应呢?答案是 8 种,这还只是这颗芯片本身需要的,如果考虑整个系统的需要,那就更多了,上图所示的仅仅是 MT2712 内核部分的供电需求,其他部分还没有被包含在图中。

我们前段时间介绍了一款型号为 RTQ5115-QA 的电源管理 IC,其中包含有 4 路 Buck 转换器和 8 路线性稳压器,还有 MTP 存储器可以存放对它进行工作设定的数据,这款器件就可以被我们用来为 Autus I20(MT2712) 供电,对其不能满足需要的部分则用另外的器件来补足,这样就得到了一个很实用的车用信息娱乐系统 SoC 部分的电源管理方案:

在此图中,MT2712 的供电一部分来自 RTQ5115 的输出,一部分来自另外增加的 RTQ2134、RTQ2516 和 RTQ2103A。新增的 RTQ2516 的输入也出自 RTQ5115,其他几个大电流输出的器件都直接从 5V 输入取电,但控制它们的使能信号却都来自 RTQ5115 的输出,因为需要利用 RTQ5115 完善的时序管理能力来为 MT2712 的供电时序进行管理,图中以蓝色圆圈围起来的数字便是上电过程中各个电压轨上电的顺序编号,断电的顺序又是刚好倒过来的。我们知道车上是没有现成的 5V 电源可供使用的,上图中的 5V 输入来自哪里呢?看看下图便知道了:

来自电池总线的电压经过 EMI 滤波器和前置预稳压器以后便可以得到 5V 的输出,RTQ5115 和其他大电流 Buck 转换器的供电就是这样得来的。由于 RTQ5115 可以被设置为直接由其输入控制其上电、断电时序,当汽车电池总线因为冷启动而出现电压跌落太厉害的状态时,一旦不能稳定的 5V 输出低于 RTQ5115 预设的断电电压阈值,RTQ5115 就会主动启动断电时序并在其输入恢复正常以后再次尝试按照正确的时序开始新的启动过程,这种操作对于信息娱乐系统来说是可以接受的,就像我们平常启动汽车时车机会暂时关闭一下一样,关键在于这个过程中的车机系统能以可以预期的操作记下它的运行状态,再次上电以后又能接着前面的状态继续工作,所以这样的设计能很好地满足 MT2712 的供电需求。对于车用信息娱乐系统来说,通过测试来对其设计进行验证是非常必要的,所以我们的工程师可能就需要如下图这样来坐在车上进行工作:
   
如果真实的车机测试也要这样做,工程师们一定都要累死了,即使这样努力一年也工作不了几天,到了深圳这样长年温度都很高的地方可能还得不到符合需要的测试结果:
   
它能让你以极低的成本很容易地开展测试工作,其电路和在电路中的作用就如下图所示:

这是一个基本符合 ISO16750-2 标准的冷启动电压波形生成系统,它是尽量按照下图所示的标准图例来实现的。

每次要做这样的应用介绍时,Roland 都会很拼,他会把涉及到的相关技术都和盘托出拿给你看,真的是一点保留都没有,所以我的文字也只能是做个引子。如果你觉得这些东西可能对你有用,就请在文末点击阅读原文去看看它连接的几段视频(共有5段),相信对你了解车用电子产品的电源设计一定会有所帮助。
   
世界上的 SoC 系统种类多多,具有原配设计的电源管理系统并不常见,因为这样的 PMIC 设计、制造都是大工程,做起来的成本实在是太高。即使你所使用的并非 SoC,其他复杂系统的电源管理同样也是很复杂的,本文及我所推荐的视频中所包含的思想同样都是可以拿去做参考的。我曾经专门写了一篇文章来对 RTQ5115 的部分寄存器进行介绍,因为掌握了它们便可以对这样的 PMU 有一个比较全面的深入了解,可惜这样的文章不太吸引人,阅读量并不大,我也知道这样的东西不如快餐好吃,所以也就不再继续写了,如果真的有人感兴趣,到时候也许还会再写一些。

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