适用于Xilinx ZU+ 的可扩展汽车电源


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描述

本参考设计为采用Xilinx Zynq Ultrascale+系列SoC(从ZU2CG到ZU5EG)的汽车应用提供电源,它采用多个小型DC/DC变换器,可灵活配置为PoL(负载点)电源 。

MPQ8886具备双3A输出和多IC操作功能,其扩展性可以满足每个ZU+器件的特定需求,同时实现最经济的解决方案。MPQ8886的输出可与单个电感器并联以降低成本,或用于180º相位交错以改善瞬态响应,并减少通过汽车EMC认证所需的输入电容和滤波。具体所需的MPQ8886 IC数量则取决于VCCINT电源轨上的ZU+器件电源需求。

此外,MPQ8886的数字接口可随时调节输出电压以优化功耗,而且当功耗较低时,可以关闭单个相位的电源。

特性

图1: 评估板

  • 符合AEC-Q100标准
  • 符合CISPR-25 等级5标准
  • 5V至35V宽工作输入电压范围
  • -40ºC至+125ºC的工作温度范围
  • 具备可扩展性以满足ZU+电源需求
  • AAM模式,可在轻载条件下降低功耗
  • 150kHz至2MHz可调频率范围
  • OVP、UVP、OCP、UVLO和热保护
  • 可调频率扩频,可降低EMI
  • 带CRC保护的多次可调存储器,用于定义默认上电条件

应用

  • 汽车驾驶舱
  • 汽车信息娱乐系统
  • V2X通讯
  • 运动控制

应用框图

功能框图

相关解决方案

MPS集成电路 描述
MPQ8886-0000-AEC1 4V-45V输入,双3A /单6A输出,数字可调同步降压变换器,符合AEC-Q100标准
MPQ4433-AEC1 3.3V-36V输入,3A同步降压变换器,符合AECQ-100标准
MPQ2166A-AEC1 2.7V-6V输入,双2A/2A或3A/1A输出,同步降压变换器,符合AEC-Q100标准
MPQ8904-AEC1 2.5V-6.5V输入,500mA线性稳压器,符合AEC-Q100标准
MPQ20051-AEC1 2.5V-5.5V输入,高PSRR,1A线性稳压器,符合AEC-Q100标准
MPQ20073-AEC1 1.3V-6V VDDQ,2A DDR存储器终端稳压器,符合AEC-Q100标准

表1:MPS解决方案

系统规格

参数 规格
输入电压范围 4VDC to 36VDC
输出电压 Multiple Outputs
最大输出电流 12A on VCCINT
开关频率 600kHz, 1MHz
板尺寸 99mmx70mmx5mm
上电排序
断电排序 无(需要外部定序器)

表2:系统规格

电源轨 电气特性 所用产品 电源上电顺序
VCCINT / VCCBRAM / VCCINT_IO 0.85V ±3%, ≤12A 2x MPQ8886 1
VCCAUX / VCCAUX_IO / VCCADC 1.8V ±2%, ≤2A MPQ2166A 2
VMGTAVCC 0.9V ±2%, ≤2A MPQ2166A 2
VMGTVCCAUX 1.8V ±2%, ≤0.5A  MPQ8904 3
VMGTAVTT 1.2V ±2%, ≤1A MPQ20051 3
VCCO_PSDDR 1.1V-1.5V ±3%, ≤2A MPQ2166A 3
VCCO_PSIO [3:0] 1.8V-3.3V ±3%, ≤2A MPQ2166A 3
VTT 0.5·VCCO_PSDDR, 2A MPQ20073 4

表3:ZU+ 电源轨分布

测试结果

效率

图15:VCCINT效率 - VIN = 12V, TA = 25 - VOUT = 0.85V, FSW = 600kHz, L = 600nH, 4相

图16:次级轨效率- MPQ4433和MPQ2166顺序转换

时域波形

图17:VCCINT稳态-IOUT = 0A,VOUT = 0.85V-VIN = 12V,TA =25ºC,AAM模式

图19:VCCADC稳态-IOUT = 0A,VOUT = 1.8

21

图21:VCCAUX稳态-IOUT = 0A,VOUT = 1.8

23

图23:VMGTAVCC稳态-IOUT = 0A,VOUT = 0.9V

25

图25:VMGTVCCAUX稳态-IOUT = 0A,VOUT = 1.8

27

图27:VMGTAVTT稳态-IOUT = 0A,VOUT = 1.2

29

图29:VCCO_PSDDR稳态-IOUT = 0A,VOUT = 1.5V

31

图31:VCCO_PSIO稳态-IOUT = 0A,VOUT = 2.5V

图18:VCCINT稳态-IOUT = 12A,VOUT = 0.85V

图20:VCCADC稳态-IOUT = 2A,VOUT = 1.8V

22

图22:VCCAUX稳态-IOUT = 2A,VOUT = 1.8V

24

图24:VMGTAVCC稳态-IOUT = 2A,VOUT = 0.9V

26

图26:VMGTVCCAUX稳态-IOUT = 0.5A,VOUT = 1.8V

28

图28:VMGTAVTT稳态-IOUT = 1A,VOUT = 1.2V

30

图30:VCCO_PSDDR稳态-IOUT = 2A,VOUT = 1.5V

32

图32:VCCO_PSIO稳态-IOUT = 2A,VOUT = 2.5V

33

图33:VCCINT对25%负载阶跃的响应-IOUT = 5.5A至8.5A,VOUT = 0.85V

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图34:上电顺序-从VIN开始

EMC测量

VIN = 12V; FSW_MPQ8886 = 600kHz, 10% Spread spectrum; FSW_MPQ4433 = 1MHz, TA = 25ºC

IVCCINT = 12A, IAUX_3V3 = 2A

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图37:CISPR25 等级5传导发射-150kHz – 108MHz

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图38:CISPR25 等级5辐射发射-150kHz – 30MHz