之前文章介绍了计算机和5G基站的电源架构，下面开始写架构专题的最后一部分，介绍一下汽车电子中常见的一些电源架构。为什么我选择了这三个方向或者行业去写呢？首先是因为我大学所学专业是通信，目前正赶上5G的风口，通信设备和基站理应成为热点，加上通信电源的设计也是一个细分工作领域，写它，有搞头！然后鄙人第一份工作误打误撞进入了计算机行业，开始服务器主板电源的研发，因此计算机电源也是必须要写的，算是对所做工作的一个总结，写它，有搞头！最后写汽车是因为离开计算机行业后进入了汽车电子行业，从事汽车电子硬件研发工作，因此这部分工作也需要有个总结，就加进来了，有搞头！
目前，本人在半导体公司做FAE，也正好需要对各行各业的电源架构有个认识，因此，一边学习，一边总结，就写了这几篇文章，其实写的并不深入，后续有精力有机会还会把新感悟到的东西和一些更加技术化的干货补充进来，感谢各位支持~
传统的汽车电子设备包括：车身控制器（BCM）、车门控制器（DCM）、仪表娱乐系统、底盘系统等，后来新能源汽车强势崛起，整车控制器（VCM）、电池管理系统（BMS）等也逐步成熟，与此同时，高级辅助驾驶系统（ADAS）、V2X车联网系统等概念也如火如荼的被开发着。
图1. 汽车供电系统总体架构图
汽车供电系统主要由蓄电池、发电机、调节器以及配电、保护装置组成。发电机和蓄电池并联工作，发动机正常工作后驱动发电机发电，再通过调节器将发电机电压稳定在14V（12V蓄电池系统，多用于小型客车）或28V（24V蓄电池系统，多用于大中型客车）。我们车内的用电设备，如：收音机、空调、语音导航等大多由上述电压作为输入电压。
首先要知道的是，汽车供电和之前提到的计算机以及通信设备供电有一个很大的区别，就是在启动之前它各个部件的电能完全由蓄电池提供，因此，低功耗设计是汽车电子产品需要考虑的一个重点。下面，就我亲身开发过的车身控制器（BCM）的系统和电源架构做一个介绍：
图2. BCM系统架构图
BCM的功能除了传统的灯光控制、雨刮（洗涤）控制、门锁控制等基本功能外，近年来逐渐集成了自动雨刮、发动机防盗（IMMO）、胎压监测（TPMS）等功能。其系统架构如图二所示，这种控制器采用的主芯片一般是以16/32位arm内核单片机的MCU为主，功耗在0.3W上下。输入信号采集功能是它很重要的一部分，这部分电路主要是通过分立阻容网络设计一套模拟、数字信号的采集、滤波电路，采集的信号回到MCU进行判断、综合处理。按照输入信号的性质可分细为三类电路：（1）数字信号采集电路（2）模拟信号采集电路（3）诊断信息采集输入。此外，还有输出驱动控制功能，也就是通过MCU控制驱动芯片，驱动车身的各种设备，如：车灯、雨刮器、座椅加热器等等，反正就是各种奇奇怪怪的负载。而这些驱动器件呢，主要由高边驱动、低边驱动、桥驱、继电器等构成，其实本质也就是一些功率MOSFET，再加上相应的温度、电流检测保护（SPS），还有一些将车灯换成LED的，诸如此类。最后，就是负责通信功能的总线模块了，比如CAN总线、LIN总线，加上以太网等。
图3. BCM输入侧电源架构图
电源方面，以小型客车为例，蓄电池12VDC电压进入控制器后，首先需要进行防反接处理，因为采用电池供电，所以这种防反接保护是很有必要的，否则不小心接错电池正负极，会直接烧毁控制器内部芯片。对于控制部分，防反功能一般采用二极管就够了，但功率部分的话最好选择MOSFET，但成本和设计复杂度会相应增加。防反接之后就是一个宽输入范围的LDO或者BUCK，因为蓄电池电压会下降，线缆也会有损耗，加上其他一些外接因素的干扰，所以这里最好采用宽输入范围的降压电路（如图3）。
图4. 一款SBC与MCU连接架构图
另外，如果空间有限，成本放宽，则可以考虑选择SBC方案作为系统的主供电，SBC内部集成有多个LDO、高边驱动、低边驱动、以及CAN、LIN等通信接口，功能非常强大，是产品小型化的不错选择。上图4所示为一款SBC芯片和MCU的连接图，可以看到SBC内部不仅集成了高速CAN接口用于控制器与外部通信，还可以由内部LDO输出电源VCC1给MCU供电，VCC2给其他IC供电，而它自身与MCU之间通信则采用SPI接口。
上面介绍的是12VDC进入控制器之后，通过防反接、LDO（SBC）降压之后给内部MCU以及一些功能芯片如CAN、LIN、时钟、存储芯片供电的方案。特点就是功耗不会很大，比如MCU电压5V，80MHz主频下最大电流50mA，功耗也只有0.25W左右。一个CAN模块5V供电，40mA，功耗也就0.2W，这相比于之前介绍的计算机和5G基站电源就是小巫见大巫了。但这种低功耗产品采用的是电池供电，因此在低功耗设计方面是要下功夫的，比如怎么降低休眠电流等，多1mA少1mA都是大问题，而这些在之前的供电系统中简直微不足道！
汽车电力领域供电架构的另一个特点就是负载多样化。比如图2中右侧“output functions”部分，列出的就是BCM所驱动的一些常用负载，如，车灯、油泵、门锁等等，这些负载有些是容性的（车灯类），有些是感性的（门锁电机类），还有一些阻性的（座椅加热装置），总之，负载种类比较多，设计供电时候需要全面考虑负载特性，加入一些保护，例如，感性负载关断会有电压尖峰，这就需要一个续流电路，简单的可以采用二极管续流。
以上就是这次介绍的汽车电子领域主要是BCM（车身控制器）的系统和电源架构。总结一下，它的供电要求与计算机以及通信领域的需求不同，没有要求低压大电流的CPU、FPGA等芯片（即使最新的控制器中加入了FPGA做信号处理，功耗暂时也还和服务器加速卡类型的应用有很大差距），也没有通信领域模拟前端供电的高噪声抑制比高精度要求。但这一领域的设计挑战也不容小觑：
（1）蓄电池供电情况下，控制器休眠状态的低功耗设计
（2）控制器在驱动不同种类负载时，对电源的保护、潜在回路排除
（3）各种鲁棒性设计，如防静电、EMC设计，最坏情况分析等
这一篇写完，我打算介绍的三大行业的电源系统架构就结束了，其实，很多地方还有待进一步补充，更加技术化一点，多一些干货，特别是电源架构的一些案例，想在以后有了好的素材之后进一步补充，让文章更加详实。不过时间精力有限，暂时先写出个框架，以后慢慢补充也可以，冰冻三尺非一日之寒。慢慢积累吧，周末愉快~