茂宣
感測/運算元件遽增 自駕車電源設計挑戰多
自動駕駛發展熱潮持續升溫,目前全球車廠與Tier 1車電相關業者,無不勠力邁向Level 3以上的自駕等級,而要實現Level 3以上的自駕車,強化車輛感知、分析能力勢在必行,感測元件和處理器的增加也讓自駕車的電源設計更趨複雜,因此,如何簡化自駕車電源設計複雜度,並強化EMI防護,成為一大挑戰。
茂宣企業應用工程經理陳俞阡表示,汽車電子系統設計十分複雜,特別是自動駕駛車輛(或是ADAS)的車輛,因當中結合了許多數位和類比元件。像是自動駕駛除了要搭載中央運算平台,在平台之外還須連接許多閘道器(Gateway),並搭配許多感測器,如雷達、影像感測器、光達等;同時,還有著許多連網元件以實現車聯網。因有著這麼多樣功能和元件,使得現今的自動駕駛車輛產生大功率需求,且必須強化EMI防護,避免元件間相互干擾,影響到中央運算系統、閘道器等對資料收集的精確度和分析判斷。
茂宣企業應用工程經理陳俞阡。
為此,ADI備有Silent Switcher 2 LT8640S、LT8643S和LT8650S同步降壓穩壓器,具備可將EMI輻射降到最低的Analog Devices第二代Silent Switcher架構,並使用旁路電容器、接地平面、銅柱和其他可將所有快速電流迴路最佳化的元件組合,可在高切換頻率下高效運作。42V/6A穩壓器的靜態電流為2.5 µA,1 MHz下的效率高達96%,可提供快速、乾淨且低過衝的切換邊,即使在高切換頻率下亦能實現高效運作和高降壓率。
陳俞阡進一步指出,隨著節能減碳意識興起,電動車和油電混合車也持續成長,而自動駕駛的電動車和油電混合車在電源設計上,除了有著上述的挑戰外,另一個挑戰便是目前許多車款都採用48V/12V汽車雙電池系統。
換言之,目前採用48V/12V汽車雙電池系統的電動車或油電混合車,車上既有12V的電池,同時也有48V的電池,所以在進行設計時,必須考量到能量要能夠從48V傳輸到12V,反之亦然;而若電池放電,則需要雙向電力傳輸來為電池充電,使得控制器必須能夠非常精確地控制充電電流,避免損壞電池。
基於此一需求,ADI也擁有多相位同步降壓或升壓控制器LTC3871,可在12V和48V電路板網路之間,提供了雙向DC/DC控制和電池充電。其可操作於降壓模式(從48V匯流排至12V匯流排)或升壓模式(從12V至48V)。任一模式可利用一個施加的控制訊號按需求配置。且其多達12個相位,可並聯和異相定時,以將對高電流應用(高達250A)的輸入和輸出濾波要求降至最低。
工業電源設計更安全 隔離式控制器不可少
工業電源設計不斷追求高效率的同時,安全問題同樣不容小覷。工業物聯網時代來臨,工廠講求智慧化,但在降低成本與提升效能的同時,更不能忽略了最重要的工廠環境安全。在工業電源設計中使用隔離式控制器,簡化傳統馳返式(Flyback)架構,同時達到安全隔離的效果。
茂宣企業(亞德諾ADI)應用工程經理陳俞阡表示,工業系統做隔離不外乎幾個原因,其中一個就是安全,系統有時會瞬間產生高壓,為了防止人員碰觸而形成迴路引發安全危險;第二則是有時會有電壓主位轉移(Shift)的發生,因此有些人會使用一些隔離的電源來做電壓/電平轉換器(Level Shift, LS),舉例來說,使用兩個乾電池,可以兩個並聯也可以兩個串連,也就是可以自由配置以得到高壓或負壓;另外,電流的路徑永遠都是有去有回的,從哪裡出發就回到哪裡,所以透過隔離的做法可以確保電流依照設計者希望的方法流動,設計可以因此更乾淨簡潔;最後一個理由則是透過隔離來避免電流的浪湧(Surge)與雷擊的狀況發生。
在工業系統的隔離有許多不同的電源設計,在工業用PLC系統等有電源設計需求的應用中,常見的拓撲以Flyback架構為主,因為Flyback的架構簡單而且成熟。其組成通常在一次側有一顆晶片,以及最重要的執行元件變壓器,要做隔離就少不了變壓器。傳統的Flyback架構設計會遇到幾個問題,就是線路太複雜、零件太多、備料太麻煩等。
為解決上述問題,ADI把所有元件全部整合到單一晶片,做一次側電流0電流的檢測,一次側電流到達到0的時候,才針對晶片內部MOSFET的切換,來達到最終混壓的效果。其好處是在PLC的系統裡面一次側和二次側的電流設定可以變得非常簡單,而不會出現太過複雜的線路,例用低廉的成本達到一樣的效果。
茂宣企業(亞德諾ADI)應用工程經理陳俞阡表示,工業電源設計要安全,做好隔離很重要。