之前文章介紹了計算機和5G基站的電源架構，下面開始寫架構專題的最后一部分，介紹一下汽車電子中常見的一些電源架構。為什么我選擇了這三個方向或者行業去寫呢？首先是因為我大學所學專業是通信，目前正趕上5G的風口，通信設備和基站理應成為熱點，加上通信電源的設計也是一個細分工作領域，寫它，有搞頭！然后鄙人第一份工作誤打誤撞進入了計算機行業，開始服務器主板電源的研發，因此計算機電源也是必須要寫的，算是對所做工作的一個總結，寫它，有搞頭！最后寫汽車是因為離開計算機行業后進入了汽車電子行業，從事汽車電子硬件研發工作，因此這部分工作也需要有個總結，就加進來了，有搞頭！
目前，本人在半導體公司做FAE，也正好需要對各行各業的電源架構有個認識，因此，一邊學習，一邊總結，就寫了這幾篇文章，其實寫的并不深入，后續有精力有機會還會把新感悟到的東西和一些更加技術化的干貨補充進來，感謝各位支持~
傳統的汽車電子設備包括：車身控制器（BCM）、車門控制器（DCM）、儀表娛樂系統、底盤系統等，后來新能源汽車強勢崛起，整車控制器（VCM）、電池管理系統（BMS）等也逐步成熟，與此同時，高級輔助駕駛系統（ADAS）、V2X車聯網系統等概念也如火如荼的被開發著。
圖1. 汽車供電系統總體架構圖
汽車供電系統主要由蓄電池、發電機、調節器以及配電、保護裝置組成。發電機和蓄電池并聯工作，發動機正常工作后驅動發電機發電，再通過調節器將發電機電壓穩定在14V（12V蓄電池系統，多用于小型客車）或28V（24V蓄電池系統，多用于大中型客車）。我們車內的用電設備，如：收音機、空調、語音導航等大多由上述電壓作為輸入電壓。
首先要知道的是，汽車供電和之前提到的計算機以及通信設備供電有一個很大的區別，就是在啟動之前它各個部件的電能完全由蓄電池提供，因此，低功耗設計是汽車電子產品需要考慮的一個重點。下面，就我親身開發過的車身控制器（BCM）的系統和電源架構做一個介紹：
圖2. BCM系統架構圖
BCM的功能除了傳統的燈光控制、雨刮（洗滌）控制、門鎖控制等基本功能外，近年來逐漸集成了自動雨刮、發動機防盜（IMMO）、胎壓監測（TPMS）等功能。其系統架構如圖二所示，這種控制器采用的主芯片一般是以16/32位arm內核單片機的MCU為主，功耗在0.3W上下。輸入信號采集功能是它很重要的一部分，這部分電路主要是通過分立阻容網絡設計一套模擬、數字信號的采集、濾波電路，采集的信號回到MCU進行判斷、綜合處理。按照輸入信號的性質可分細為三類電路：（1）數字信號采集電路（2）模擬信號采集電路（3）診斷信息采集輸入。此外，還有輸出驅動控制功能，也就是通過MCU控制驅動芯片，驅動車身的各種設備，如：車燈、雨刮器、座椅加熱器等等，反正就是各種奇奇怪怪的負載。而這些驅動器件呢，主要由高邊驅動、低邊驅動、橋驅、繼電器等構成，其實本質也就是一些功率MOSFET，再加上相應的溫度、電流檢測保護（SPS），還有一些將車燈換成LED的，諸如此類。最后，就是負責通信功能的總線模塊了，比如CAN總線、LIN總線，加上以太網等。
圖3. BCM輸入側電源架構圖
電源方面，以小型客車為例，蓄電池12VDC電壓進入控制器后，首先需要進行防反接處理，因為采用電池供電，所以這種防反接保護是很有必要的，否則不小心接錯電池正負極，會直接燒毀控制器內部芯片。對于控制部分，防反功能一般采用二極管就夠了，但功率部分的話最好選擇MOSFET，但成本和設計復雜度會相應增加。防反接之后就是一個寬輸入范圍的LDO或者BUCK，因為蓄電池電壓會下降，線纜也會有損耗，加上其他一些外接因素的干擾，所以這里最好采用寬輸入范圍的降壓電路（如圖3）。
圖4. 一款SBC與MCU連接架構圖
另外，如果空間有限，成本放寬，則可以考慮選擇SBC方案作為系統的主供電，SBC內部集成有多個LDO、高邊驅動、低邊驅動、以及CAN、LIN等通信接口，功能非常強大，是產品小型化的不錯選擇。上圖4所示為一款SBC芯片和MCU的連接圖，可以看到SBC內部不僅集成了高速CAN接口用于控制器與外部通信，還可以由內部LDO輸出電源VCC1給MCU供電，VCC2給其他IC供電，而它自身與MCU之間通信則采用SPI接口。
上面介紹的是12VDC進入控制器之后，通過防反接、LDO（SBC）降壓之后給內部MCU以及一些功能芯片如CAN、LIN、時鐘、存儲芯片供電的方案。特點就是功耗不會很大，比如MCU電壓5V，80MHz主頻下最大電流50mA，功耗也只有0.25W左右。一個CAN模塊5V供電，40mA，功耗也就0.2W，這相比于之前介紹的計算機和5G基站電源就是小巫見大巫了。但這種低功耗產品采用的是電池供電，因此在低功耗設計方面是要下功夫的，比如怎么降低休眠電流等，多1mA少1mA都是大問題，而這些在之前的供電系統中簡直微不足道！
汽車電力領域供電架構的另一個特點就是負載多樣化。比如圖2中右側“output functions”部分，列出的就是BCM所驅動的一些常用負載，如，車燈、油泵、門鎖等等，這些負載有些是容性的（車燈類），有些是感性的（門鎖電機類），還有一些阻性的（座椅加熱裝置），總之，負載種類比較多，設計供電時候需要全面考慮負載特性，加入一些保護，例如，感性負載關斷會有電壓尖峰，這就需要一個續流電路，簡單的可以采用二極管續流。
以上就是這次介紹的汽車電子領域主要是BCM（車身控制器）的系統和電源架構。總結一下，它的供電要求與計算機以及通信領域的需求不同，沒有要求低壓大電流的CPU、FPGA等芯片（即使最新的控制器中加入了FPGA做信號處理，功耗暫時也還和服務器加速卡類型的應用有很大差距），也沒有通信領域模擬前端供電的高噪聲抑制比高精度要求。但這一領域的設計挑戰也不容小覷：
（1）蓄電池供電情況下，控制器休眠狀態的低功耗設計
（2）控制器在驅動不同種類負載時，對電源的保護、潛在回路排除
（3）各種魯棒性設計，如防靜電、EMC設計，最壞情況分析等
這一篇寫完，我打算介紹的三大行業的電源系統架構就結束了，其實，很多地方還有待進一步補充，更加技術化一點，多一些干貨，特別是電源架構的一些案例，想在以后有了好的素材之后進一步補充，讓文章更加詳實。不過時間精力有限，暫時先寫出個框架，以后慢慢補充也可以，冰凍三尺非一日之寒。慢慢積累吧，周末愉快~