在汽車行業向電氣化和智能化轉型的時代，汽車電源管理集成電路（PMIC）也是重要的參與者。這些電子元件在確保現代車輛高效安全運行方面發揮著至關重要的作用。我們將深入探討汽車 PMIC 的基礎知識、可用的不同類型、它們的應用以及有關這項改變汽車行業的技術的更多見解。

PMIC 方案具有多種功能，包括電池管理、電壓調節、供電排序、簡化設計，通過高集成度節省汽車系統空間及成本，并增強可靠性和魯棒性。

PMIC是用于管理和調節電子系統中電源的半導體器件。在汽車行業中，PMIC 負責管理為車輛的眾多電子元件供電所需的各種電源和電壓。它們充當“電源樞紐”，確保高效分配能源，同時防止電壓尖峰、浪涌和其他電氣異常。    

PMIC 解決方案為汽車行業提供多功能且高效的解決方案，可有效管理電池充電、DC-DC 轉換、電壓調節等任務。這些電源管理控制器具有集成功能，如監控、排序和功能安全支持，可簡化客戶設計并節省寶貴的電路板空間。

PMIC 具有高效的可配置開關穩壓器和線性穩壓器，可確保根據特定應用的需要提供核心電壓、內存電壓和 I/O 電壓。

電壓調節器可確保為各種車輛部件提供穩定一致的電壓，防止過壓或欠壓造成的損壞。適用于 FPGA、ASIC 等耗電系統和其他具有大量電源需求的多軌電源系統。

BMS PMIC在電動和混合動力汽車中至關重要。它們監控電池狀態、管理充電和放電并確保電池組的安全。BMS PMIC還在延長電池壽命方面發揮著作用。

DC-DC PMIC主要負責電壓電平轉換，在汽車應用中，它們用于各種目的，包括為信息娛樂系統、傳感器和自適應照明供電。

隨著 LED 照明在現代車輛中的使用日益廣泛，專用 PMIC（本質為LED 驅動器）也被用于高效控制和為這些照明系統供電，它們可實現自適應前照燈和可定制內部照明等功能。

PMIC 還包含一系列其他功能，包括集成電感降壓轉換器、電荷泵和其他模擬電路（如電池充電器）。它們還集成了 I2C 接口以優化空間利用率。

由于BMS和LED相對比較特殊，因此我們只討論一般的DC-DC PMIC。    

如圖所示，絕大部分分類中，將PMIC分為了專用及通用兩大類。

PMIC為CPU、嵌入式計算、通信和存儲系統中的多軌系統提供服務。PMIC設備非常適合動力傳動系統、電動傳動系統、底盤和 ADAS 等要求嚴苛的應用，具有高效、可靠和安全的電壓調節功能。車輛中 PMIC 的其他應用包括后視和環視高清汽車攝像頭、駕駛員監控攝像頭、高清儀表盤攝像頭、后座娛樂系統和虛擬儀表板等應用。

PMIC 解決方案還可延長車輛的電池壽命；其高效率和低靜態電流也成為了節能的關鍵，而其可靠性和魯棒性可保護汽車電子控制單元免受電池電壓波動的影響。此外，監控和監督功能增強了電子控制單元安全概念的設計，確保了復雜汽車應用中的效率和安全性。

隨著區域架構的開始流行，SoC及MCU越來越復雜，整個系統功能也越來越多功耗越來越高，PMIC需要繼續創新以適應最新的技術要求。    

PMIC大多數都是圍繞主控來做，因此可以大致分為兩種，一種是電源管理公司，另外一種是MCU公司做配套PMIC。

雖然汽車 PMIC 市場的特定細分市場已經見證了供需動態的改善，導致各種汽車芯片（如驅動器 IC（例如 LED 驅動器和電機驅動器）以及 PMIC 和控制 IC）的價格下降，但在從燃油汽車向電動汽車的持續過渡期間，汽車產品的整體需求保持相對穩定。主要包括管理更高的功率需求、集成更復雜的系統以及滿足自動駕駛汽車獨特的安全性和可靠性要求。

ADI認為，為汽車儀表盤和收音機主機提供電源軌面臨許多相互沖突的設計挑戰，其中包括尋找一種具有低靜態電流 (Iq) 的高效開關穩壓器，該穩壓器可以直接從汽車電池產生低輸出電壓，同時仍保持低電磁干擾 (EMI)。

為了限制散熱，汽車應用需要高效的 DC-DC 轉換器，以滿足嚴格的制造商靜態電流要求。這些轉換器必須在低輸入電池電壓下工作，以支持冷啟動和啟停事件。管理冷啟動的常用方法是使用多個 PMIC（和其他組件）通過兩級降壓調節器降低電池電壓。這需要復雜的電路設計和布局，從而增加了解決方案的尺寸。這種方法也更容易受到 EMI 干擾，難以滿足 CISPR Class 5 等 EMI 標準。另一個問題是，當負載突然與汽車電池斷開連接（負載突降事件）時，會導致軌電壓突然飆升，這可能會產生高達 40 V 的潛在破壞性瞬態電壓。

除了使用兩級降壓器之外，更直接的方法是使用集成 PMIC（例如MAX20057），它比其他汽車 PMIC 具有多種優勢。    

這款高度集成的三輸出 PMIC 包括兩個同步降壓轉換器（3.5 A 和 2 A），并帶有一個異步升壓控制器，可用于為降壓轉換器提供可調電壓（典型值為 10 V），并在冷啟動操作期間保持穩壓，即使電池電壓降至2 V。降壓轉換器具有 3.5 V 至 36 V 的寬輸入工作電壓范圍，工作電流要求極低，僅為 10 μA（V OUT = 5 V）和 8 μA（V OUT = 3.3 V），非常適合汽車長時間關閉時的電壓調節。

| 如何緩解EMI

為了解決關鍵的 EMI 問題，此 PMIC 具有用戶可選的擴頻功能，可顯著降低峰值 EMI 水平。此功能將雜散能量分散到更寬的頻帶上，同時降低其幅度。穩壓器開關頻率固定在 400 kHz 或 2.1 MHz。高開關頻率具有多種優勢，例如需要更小的外部元件和降低輸出電壓紋波，同時還保證沒有 AM 波段干擾。此 PMIC 可以根據需要編程為在三種模式中的任意一種模式下運行，以優化性能，即強制固定頻率運行、具有超低靜態電流的跳躍模式以及與外部時鐘的鎖相同步。    

| 需要更高的電壓轉換比

雖然一些汽車 PMIC 包含降壓調節器，它們可以從相對較寬的輸入范圍提供低輸出電壓，但它們是通過在低開關頻率下運行來實現的。原因是最小電壓轉換比 (V OUT /V IN ) 受調節器的最小可控導通時間（通常為 60 ns 至 120 ns）限制。為了正確實現固定頻率脈沖寬度調制 (PWM) 操作和最佳效率，降壓調節器必須在正常工作條件下以連續導通模式 (CCM) 運行。在 CCM 中，最小輸出與輸入電壓比由以下公式確定：

這意味著，對于最小導通時間為 120 ns 且輸入為 12 V 的典型降壓穩壓器，將 CCM 保持在 2.1 MHz 意味著輸出電壓不能低于 3 V（實際上，考慮到設計裕度，在某些情況下可能高達 5 V）。實現較低的輸出電壓需要脈沖跳躍（降低有效占空比），但這會增加不必要的 EMI。為了保持恒定的開關速率，必須降低開關頻率，但這也會對 EMI 性能產生負面影響。

與其他汽車穩壓器相比，這款 PMIC 在這方面具有巨大優勢。其集成降壓穩壓器的典型最小導通時間僅為 20 ns，理論上可以實現低至 0.5 V 的輸出電壓（對于 12 V 電池輸入，開關頻率為 2.1 MHz）。這個數字低于規定的最低穩壓輸出電壓（1 V），這意味著它可用于供應低壓軌，而無需降低開關頻率。這使得它能夠在低輸出電壓水平下保持出色的 EMI 性能。              

ADI的汽車電源解決方案應用領域和優勢，應用廣泛。其中MAXQ、P90、Silent Switcher是幾大亮點。

上三張圖是MAXQ的技術亮點，MAXO電源架構可最大程度減少輸出電容，最多降低 75%，從而減小系統尺寸并降低成本，在10mm*20mm PCB上最大輸出達40A。

另外，此處強調ADI的90nm工藝，相比較競爭對手，效率明顯提高。

Silent Switch具有出色的電磁干擾（EMI）性能，通過創新的flip-chip封裝以及引腳架構布局，零死區時間控制等功能，有效降低開關電源工作時的電磁輻射。讓電源在高頻、高效轉換的同時，依然保持安靜、穩定的運行狀態，大大減少了對其他敏感電子元件的干擾，減少EMI。

德州儀器（TI）的FlexPower架構是一種具有很強靈活性的 PMIC，具備以下特點及優勢：     

| 輸出組合與配置方面    

靈活組合降壓轉換器：能夠組合輸出降壓轉換器以實現更高的輸出電流，還可將多個 FlexPower PMIC 堆疊在一起增加電源軌的電壓范圍。例如 LP8756x-Q1 可組合相位生成五種不同的輸出組合。

多種配置方式：對于可通過 I2C 進行配置的 FlexPower 器件，在啟動時能通過 I2C 配置輸出設置，像 LP873x-Q1 和 LP8756x-Q1 系列可通過 I2C 接口軟件配置來控制初態未使能的輸出軌，客戶能按需選擇合適的相位配置設備，再用 MCU 通過 I2C 通信進一步配置輸出電壓、電流限制以及上電和斷電時序控制。此外，TI 還發布了為專用處理器預先編程供電的版本，如有將應用特定定制設置編程到一次性可編程 (OTP) 默認存儲器的需求，可聯系 TI 銷售了解更多信息。

I2C配置過程

| 電源解決方案優勢

創建分布式電源：作為較小（2-4 軌）的 PMIC，可以相互連接結合使用，將電源軌數擴展到用戶所需規格，創建分布式電源解決方案，且因其沒有未使用的穩壓器，能輕松提供優化的解決方案。

適應變化要求：基于直流 / 直流穩壓器的多相功能以及較小的電源軌數，設計人員可根據應用要求組合或拆分各種 FlexPower PMIC，減少不必要穩壓器使用，確保成本更優化，還能滿足具體的 SoC 電源需求，無需外部序列發生器或外部故障監測器。    

改善散熱與布局靈活性：提供分布式電源解決方案，有助于消散電路板上的熱量，解決傳統高集成度 PMIC 集中式散熱可能與相鄰元件沖突的問題；同時單個 FlexPower PMIC 占用空間小，布局靈活性大，可放置在負載點附近。   

| 在設計過程中的優勢

在設計中，電源要求可能多次更改，比如在初步功率估算后到設計驗證階段有調整需求時，使用 FlexPower PMIC 只需更改 MCU 代碼就能輕松完成更改。

| 整體架構優勢

兼容分立式元件的可擴展性以及傳統 PMIC 的時序控制和監測功能，整合了兩種架構優點；并且通過軟件靈活配置，能有效縮短開發周期，易于定制化 PMIC 輸出，針對項目具體需求實現方案最優。

FlexPower優點綜述

| TI PMIC產品組合

英飛凌汽車電源系列統一名稱為OPTIREG，可以理解成optimization regulation，優化的電源調節技術和方法。

在OPTIREG大類下，可分為PMIC、SBC、線性以及開關四大類，其中PMIC分為了專用及通用兩種。

| 關于通用與專用PMIC區別    

應用場景及優勢：適用于各種各樣的應用場景。并且在軟件復用方面表現較好，能為應用特定（Application Specific，簡稱 AS）功能提供一定的靈活性。例如，在不同類型的系統中，若使用通用PMIC，其軟件層面可以有通用的部分進行復用，方便針對不同產品進行一定程度的功能調整。

不足之處：并非能實現系統成本的全面優化，這里的系統成本涉及物料清單（BOM）以及系統功能安全（Functional Safety，簡稱 FuSa）。雖然通用性強、軟件復用有優勢，但從整個系統角度來看，還存在可提升空間。

專用PMIC則相反，其最大的優勢在于能顯著優化及降低系統成本，使系統功能更貼合特定應用，但是需要專用的硬件和軟件開發，同時需要更多種的備料。          

如圖所示，英飛凌的PMIC可以應用于多種MCU，但大部分應該是配合英飛凌的各類MCU，畢竟作為全球第一車規MCU供應商，理應發揮最大市場優勢。

針對不同應用需求，英飛凌詳細規劃了PMIC的產品路線圖以及選型決策路線，這也給其他PMIC選型提供了一個思路。

MPS沒有車規級MCU，所以更多時候都是通過與其他MCU廠商緊密配合。

比如 MPS 與芯馳科技聯手開發的參考板，以及三個關鍵的電源方案，包括一級電源、二級電源和背光驅動方案。    

MPS 與芯馳科技聯手開發 X9H 參考板，X9H 是 X9 系列中的高性能型座艙芯片，采用 6 核 A55 外加數個 R5 核，CPU 算力高達 36K DMIPS，GPU 算力高達 140 GFLOPS。MPS 與芯馳聯手合作開發的 X9H 參考板，可以實現多達 4 屏聯動的智能座艙解決方案。該參考板的輸入端直接由 12V 電池供電。由于 SoC 的供電軌通常多為低于 1V 的電壓等級，因此建議采用兩級電源方案以提高系統轉換效率，同時應對冷啟動和拋負載情況下的電池電壓波動。

| 一級電源方案

一級電路采用 MPQ4436-AEC1 將 12V 電源轉換為 5V。MPQ4436-AEC1 是一款頻率可調的汽車級同步降壓開關穩壓器，其最大輸入電壓 (VIN) 為 45V，最大輸出電流 (IOUT) 為 6A， 同時支持并聯配置。

一級電源方案：MPQ4436-AEC1 

MPQ4436-AEC1 的功能特性描述如下：    

4mm x 4mm 超小封裝尺寸減小了布板面積；

超高轉換效率支持艙內復雜環境的散熱；

動態性能為后級電路提供了穩定的輸出；

支持多顆并聯的可拓展性增加了客戶設計的靈活性和平臺的傳承性；

豐富的內部保護功能確保了系統可靠性，如帶打嗝模式的過流保護（OCP）和輸入欠壓保護（UVP）。

還有具有展頻功能(FSS)版本的 MPQ4436A-AEC1，展頻功能可降低系統的 EMI 干擾，降低客戶整板的 EMI 設計難度，客戶可以根據需求靈活選擇。

| 二級電源方案

MPQ217x 汽車級開關穩壓器系列可實現與 X9E、X9M 和 X9H 之間靈活的引腳對引腳兼容。該系列穩壓器包括 MPQ2177-AEC1 (1A IOUT)、MPQ2178-AEC1 (2A IOUT) 和 MPQ2179-AEC1 (3A IOUT)，這些器件均支持不同平臺中的統一硬件布局。以 X9H 為例，根據不同 SoC 電源軌的電流要求，其二級電路由多個 MPQ2179-AEC1 和 MPQ2167A-AEC1 （6A IOUT）組成。下圖顯示了二級電源解決方案的系統架構。    

二級電源解決方案系統架構

采用 MPQ2179-AEC1 和 MPQ2167A-AEC1 實現的二級電路具備如下優勢：  

MPQ2179 和 MPQ2167A 是專門針對 5V 應用如信息娛樂系統、ADAS、攝像頭和智能座艙等設計的，這些應用均要求快速瞬態響應、超低噪聲、高精度輸出以及良好的散熱性能。        

采用 MPS 最新的 Bipolar-CMOS-DMOS (BCD) 低電阻工藝，再結合先進的倒裝芯片封裝工藝，可實現較高的系統效率。   

MPQ2179-AEC1 的 2.4MHz 高開關頻率 (fSW) 減小了電感尺寸，避開了 AM 無線電頻段，而且降低了對汽車無線電頻段的干擾。

MPQ2167A-AEC1 采用小尺寸 (3mmx3mm) 封裝，其工作頻率可通過外部電阻設置，最高可達 2.2MHz。該器件還集成了豐富的保護功能，包括逐周期過流保護（OCP）、輸出短路保護（SCP）、輸入欠壓保護（UVP）和輸出過壓保護（OVP）。    

背光驅動方案 X9H 最多可支持四路全高清顯示，其屏幕點亮和調光均需要背光驅動芯片。以 MPQ3364-AEC1 為例，該器件為一款升壓 WLED 驅動器，最大工作頻率為 2.2MHz，每通道最大驅動電流為 150mA，可支持高達 50V 的最大輸出電壓 (VOUT)。

MPQ3364-AEC1 典型應用功能框圖

MPQ3364-AEC1 的功能特性描述如下：

支持 I2C 接口，且芯片本身支持 3 個 I2C 地址，同一條 I2C 總線可以支持掛 3 顆芯片，方便使用時對多顆芯片進行配置；

提供三種可用調光模式：脈寬調制（PWM）調光、模擬調光和混合調光（PWM 和模擬調光），可通過外部引腳進行選擇。PWM 調光比和模擬調光比分別達 15000:1 和 200:1 ，精細的調光比可實現屏幕亮度的微調。

支持逐周期電流保護、LED 開路保護和短路保護（SCP）、電感短路保護（SCP0）、輸出過壓保護（OVP）和過溫保護（OTP）。豐富的內部保護功能確保了背光驅動系統安全可靠的運行。    

X9H 參考板的多屏交互解決方案（資料來源：芯馳科技）

汽車智能座艙中 SoC 的技術進步對計算能力、主頻和動態響應速度提出了更高的要求。與此同時，它還要求單 Phase 或多 Phase 的輸出電流等級更高。這些因素的綜合將對電源芯片的選擇與設計帶來新的挑戰。為應對這些挑戰，MPS 與芯馳科技聯手開發 X9H 參考板，共同打造出一款智能座艙解決方案。MPS的兩級供電方案不僅可以提高系統的轉換效率，還能支持電池電壓的波動，同時還提供了背光驅動方案。

意法半導體推出了一款靈活的車規電源管理芯片SPSB100，新產品適用于Stellar車規微控制器等高集成度處理器，用戶可以按照系統要求設置上電順序，優調輸出電壓和電流值。新產品SPSB100可用于整車電氣系統、區域控制單元 (ZCU)、車輛控制平臺 (VCP)、車身控制 (BCM) 和網關模塊。 

SPSB100 配備三個開關式降壓功率轉換器和兩個線性穩壓器 (LDO)，為系統微控制器提供所需的電壓軌，還可以為外部外設負載和傳感器供電。此外，新產品還有兩個喚醒輸入和高級故障安全功能。內部升壓控制器可在冷啟動脈沖、啟/停操作和電池低電等電壓瞬變情況下穩定電源電壓。

SPSB100的三個降壓功率轉換器都有過流檢測和限流安全保護功能，內部軟啟動功能可預防過大的浪涌電流，其中有兩個轉換器可在 3.3V、5V 或 6.5V 的可選輸出電壓時提供高達 3A 的輸出電流，第三個轉換器可在 3.3V、1.25V、1.2V、1.1V 或 0.98V 時提供高達 6A 的電流。在兩個LDO穩壓器中，一個是5V固定輸出電壓，最大輸出電流120mA，電壓精度2%。第二個可以設置成跟隨降壓轉換器的3. 3V或5V電壓。新產品還內置一個高邊驅動器，提供開路負載和過流診斷功能。    

在其他功能中，內部非易失性存儲器 (NVM)用于存儲輸出電壓值和上電順序參數；SPI端口是代碼燒錄接口，支持控制和診斷功能，讓設計人員能夠將其用于需要不同電源軌和外設的多種電氣平臺。SPSB100具有深度睡眠模式，靜態電流低于40μA。還有故障通信專用中斷引腳、復位微控制器引腳、過熱警告保護功能。對于必須達到 ISO 26262 規定的汽車安全完整性等級 (ASIL) 要求的功能安全應用，意法半導體均會提供相關的技術文檔。          

新推出的PMIC芯片出廠配置默認會有兩種，并能在后續進行全方位的配置：直接為微控制器核心供電的SPSB100B，驅動微控制器內部開關式電源的SPSB100P。

隨著汽車電子的國產化率正在加強，在PMIC市場中，國產廠商同樣在努力中。

芯洲科技：芯洲科技的 SCT61240Q 四通道攝像頭模組 PMIC 具有多方面優勢。它有 4-19v 的寬電壓輸入范圍，包含一路中壓 dc/dc buck，兩路低壓 dc/dc buck 以及一路高 PSRR 低噪聲 LDO 。采用業界最小的 2.5x3.5mm QFN-18L 超小封裝，適用于對尺寸要求極高的車載攝像頭模組。還擁有創新的自適應調壓功能，在保證 LDO 穩定工作的基礎上，自動調節 LDO 的壓差維持在 300mv，優化 LDO 功耗，實現高性能輸出與高效率。

南芯科技的車載攝像頭 PMIC 系列：包括 SC6201Q、SC6205Q 和 SC6208Q 等產品。該系列芯片僅用單顆芯片即可實現安全高效的車載攝像頭電源管理，將多顆降壓轉換器和低壓差線性穩壓器集成到單顆芯片，支持寬輸入電壓，擁有出色的能量轉換效率，其降壓轉換器的峰值效率分別可達 93.0%、87.4%、91.7%，還支持多種保護功能，所有開關轉換器均工作在 2.2MHz 固定頻率的 PWM 模式，集成展頻和移相技術，無需使用共模扼流圈即可通過最嚴苛的 CISPR 25 Class 5 標準。    

納芯微：2024 年 5 月推出車規級 16/24 通道線性 LED 驅動器 NSL21916/24，能用于動態貫穿式尾燈、動態發光格柵燈和 ISD 智能交互燈等場景，采用納芯微熱共享技術，提升了多通道線性 LED 驅動器件的熱性能，降低了線性 LED 驅動芯片功耗。

奕斯偉EPA9900：是國內首顆車規級 LCD 顯示屏 PMIC 芯片，于 2024 年實現量產。可適配非晶硅（a-Si）、低溫多晶硅（LTPS）、氧化物（Oxide）等多種主流 LCD 顯示屏，集成兩路正負壓電源，支持擴展外部兩路電荷泵架構，能為顯示 Source 芯片和 Gate 芯片供電，還支持輸出電壓、啟動關斷時序靈活配置，在保護性能方面具備獨立的 OVP、聯動的 UVP 和 SCP 等優點。          

矽力杰：推出通過中汽研 ISO 26262 ASIL-D 等級產品認證的 18 串車規 BMS AFE 產品，在汽車電池管理系統方面提供了高性能的電源管理解決方案.

豪威集團：2024 年 6 月發布了首款車規級 LCD 顯示屏 PMIC---WXD3137Q，這款PMIC已通過嚴苛的AEC-Q100認證，集成了VPOS和VNEG輸出，并支持VGH/VGL擴展，具備最低1.15MHz的固定開關頻率。它能夠支持強制PWM（FPWM）或Power saving mode（PSM）。此外，WXD3137Q擁有極低的關斷電流（0.05uA典型值）和靜態電流（300uA典型值），并內置了UVLO（欠壓鎖定）、OVP（過壓保護）、OCP（過流保護）和OTP（過溫保護），確保了產品的可靠性和安全性。

不過，總而言之由于國產車規MCU廠商還較少，因此MCU相應的PMIC配套尚需時日，而在其他組合上，正在慢慢完善過程中。

喜歡我們的文章嗎？歡迎在微信關注我們的訂閱號：汽車開發圈（ID：AutoDevelopers），瀏覽更多汽車電子相關內容。