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ドメイン制御モジュール - ADASアプリケーション向け車載用電力段

リファレンスデザイン

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1 概要

1.1 説明

先進運転支援システム (ADAS) は、過去数十年にわたって驚くべき進化を遂げており、今日の自動車には、車両のあらゆる部分とその周囲を監視する多数のセンサとカメラが組み込まれています。その結果、これらのシステムの電力要件が高まり、電源設計に新たな課題がもたらされています。このリファレンスデザインは、ドメイン制御モジュールを例に挙げながら、ユーザーがADAS用の電源を設計するのに役立つガイドラインとして機能します。

ADAS電源設計の重要な部分は、自動車のバッテリの過渡電圧の変動をどのように処理するかです。一部のADASサブシステムは、コールドスタート (コールドクランクとも呼ばれる) 条件下でも動作し続ける必要があるため、初期電圧スパイクは特に重要です。これらの条件下では、入力電源電圧が2.5Vまで低下する可能性があります。負荷過渡は、LDOなどの損失の多いコンバータの電力損失を増加させる可能性があるため、危険な場合もあります。

入力電圧範囲に関係なく (回路の部品を保護しながら) システムが正常に動作することを保証するには、定格42Vの昇降圧コンバータを使用することが不可欠です。この仕様を満たす例はMPQ8875Aです。これについては、このリファレンスデザインで説明します。

1.2 特徴

  • 2.2V～36Vの広い入力動作範囲 
  • 15W～20Wの開始インパルス中に利用可能な総出力電力 
  • それぞれ最大300mAのPoC用の4つのLDOチャネル
  • 監視、診断、保護機能を備えた4つのLDOチャネル
  • 5Vで最大1Aの連続出力電流、または補助デバイス (CAN、MCU) の場合は 3.3V
  • 昇降圧およびPoC LDOは、I2C インタフェースおよびOTPメモリを介して構成可能
  • ISO16750に準拠した逆極性保護
  • CISPR25 クラス5準拠
  • AEC-Q100 グレード1で利用可能なすべての部品

1.3 アプリケーション

  • 先進運転支援システム (ADAS) 
  • センサフュージョンシステム
  • カメラ監視システム 
  • 情報システム

図1: ドメイン制御モジュールのリファレンスデザインボード

リファレンスデザイン

2.1 ブロック図

図2: ブロック図

図2に、このシステムのブロック図を示します。まず、バッテリがMPQ5850に電力を供給します。MPQ5850は、システム全体を逆入力電圧から保護し、電源ラインに重畳されたAC電圧を整流できるスマートダイオードコントローラです。次に、MPQ5850はMPQ8875Aに電力を供給します。MPQ8875Aは、入力ラインの過渡電圧に対応できる4スイッチの同期降圧コンバータです。MPQ8875Aは、2つのデュアルチャネルLDO、ロードスイッチ、および降圧コンバータの4つの電源ICに安定した電圧レベルを供給します。

2つのMPQ2022デバイスは、それぞれ2つのLDOチャネルを提供します。MPQ2022は、優れた電源除去比 (PSRR) を備えた同軸ケーブルを介して、最大300mAの電流をカメラとセンサに供給できます。これらのデバイスには、A/Dコンバータ (ADC) とデジタル診断機能もあります。このシステムには、追加のECUに接続できる追加の安定化出力電圧を可能にするロードスイッチであるMPQ5069も含まれています。最後に、MPQ4431は、マイクロコントローラ (MCU) やCANドライバなどの補助デバイスに1Aを供給できるコンパクトな降圧コンバータです。

2.2 関連ソリューション

このリファレンスデザインは、次のMPSソリューションに基づいています。

MPS IC 詳細
MPQ5850 (1) 逆入力保護用の超低ドロップアウト電圧機能を備えたスマートダイオードコントローラ
MPQ8875A I2Cインタフェースを備えた同期整流昇降圧DC/DCコンバータ
MPQ2022 (1) I2Cインタフェースを備えたデュアルチャネル (LDO)
MPQ5069 入力過渡から出力回路を保護するように設計されたホットスワップ保護デバイス
MPQ4431 ハイサイドおよびローサイドMOSFETを内蔵した同期整流ステップダウンコンバータ

表1: システム仕様

(1) この製品はまもなく利用可能になります。詳細はお問い合わせください。

2.3 システム仕様

パラメータ 仕様
入力電圧範囲 2.5V～36V
昇降圧出力電圧 10.5V
PoC出力電圧 10V
PoC最大負荷電流 チャンネルあたり300mA
MPQ4433 最大負荷電流 1A
スイッチング周波数 400kHz (公称条件にて)
MPQ4433 出力電圧範囲 3.3V to 5V
MPQ5069 出力電圧 10.5V
MPQ8875Aの効率 (VIN = 12V) 98.96% (IOUT = 1A、VOUT = 10.5V)
基板のフォームファクタ 90mm x 90mm x 1.6mm

表2: システム仕様

出力電圧 最大出力電流
3.3V 4.3A
5V 4.1A
8V 2.8A
10V 2.1A
12V 1.8A

表4: 最大出力電流 対 最小入力電圧 (MPQ8875A)

(VOUT = 10.5V、室温、コールドクランクプロファイル)

最小入力電圧 最大出力電流
2.5V 1.42A
3V 1.9A
3.5V 2.2A
4V 2.6A
4.5V 3.1A
5V 3.5A
5.5V 3.9A
6V 4.2A
6.5V 4.5A
7V 4.8A

表3: 最大出力電流 対 出力電圧 (MPQ8875A)

(VCOND_MIN = 3.2V、室温、コールドクランクプロファイル)

試験結果

3.1 効率と規制

図3: 効率負荷電流 - 1つのLDOチャネルが接続されたシステム

図4: 効率負荷電流 - 2つのLDOチャネルが接続されたシステム

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