聚焦模擬和數(shù)模混合

CPM（Crash Power Module）碰撞冗余電源模塊，是專為車輛設(shè)計的關(guān)鍵安全冗余系統(tǒng)，核心定位為碰撞或主電源失效后的緊急電力保障單元。其本質(zhì)是基于鋰電池或超級電容儲能的備用電源系統(tǒng)，區(qū)別于傳統(tǒng)備用電源，CPM具備毫秒級響應(yīng)速度，能在主電源因碰撞、短路等故障中斷時，瞬時釋放大電流，為逃生的車門、車窗關(guān)鍵部件提供解鎖的電力和控制，被譽為車輛安全的 “最后一道電力防線”。根據(jù)最新發(fā)布的國家標準 ?GB 11552-2024?，自2026年起，所有在中國市場銷售的新車型必須滿足“碰撞后車門應(yīng)能自動打開”的安全要求。

CPM 模塊采用 “核心器件 + 冗余架構(gòu)” 設(shè)計，其設(shè)計組成上主要包含冗余電源（鋰電池或超級電容）的充電及放電、控制系統(tǒng)及備份電源開關(guān)。考慮當前市場器件選型及物料成本壓力，思瑞浦提供了一套具備成本優(yōu)勢的解決方案。

圖1 CPM方案框圖

01儲能單元充電模塊

目前儲能通常采用多顆車規(guī)級超級電容串聯(lián)組成（如 4 顆 2.7V/25F 電容組成 10.8V 供電系統(tǒng)），具備高密封、無易燃風險特性，可瞬時輸出數(shù)大電流，支持多個車門/窗鎖解鎖操作。但超級電容在充電電壓和電容電壓存在較大壓差時，由于電容特性會產(chǎn)生瞬態(tài)大電流，需要控制充電電源電流大小，避免誤觸發(fā)前級電源保護，同時防止超級電容形成電壓過充。使用Buck-boost或是CC Buck不可避免面臨成本高或是可選器件型號少的困境，通過如下電路，使用運放對輸出電壓和Buck芯片的反饋引腳（FB）進行控制，可使通用的恒壓輸出BUCK實現(xiàn)對超級電容恒流充電。

如下圖所示，使用思瑞浦雙通道車規(guī)運放LM2904Q實現(xiàn)2級比較輸出控制。

圖2 恒壓BUCK實現(xiàn)恒流輸出方案

根據(jù)不同儲能電源對充電電流大小需求不同，思瑞浦可提供豐富同步車規(guī)Buck產(chǎn)品，包含1A/2A/3A的TPP36x07Q和6A的TPP36609Q，輸入電壓支持3~36V范圍。其中TPP36x07Q具備超低（6uA）靜態(tài)功耗，TPP36609Q具備200kHz ~2.2MHz可配置的開關(guān)頻率，以上型號均支持展頻輸出，為汽車應(yīng)用環(huán)境降低EMI風險。

隨著不同車型設(shè)計差異，需要解鎖的部件（如車門鎖、落窗鎖、后備箱門鎖等）增加，對備份儲能電源容量也隨之增加，多節(jié)超級電容的管理也需要關(guān)注，可利用運放對超級電容充電電壓和電流采集，通過MCU進行計算，實現(xiàn)超級電容管理。思瑞浦的TPA658xQ系列，具備0.3mV典型值失調(diào)電壓和10MHz的增益帶寬積，能夠滿足快速、精準的電壓采集需求。

02儲能單元放電模塊

由于驅(qū)動解鎖電機工作電壓通常有一個最小閾值，比如9V，如果直接使用超級電容放電，意味著電容放電到低于9V的能量將不會被利用，所以在超級電容放電增加一級Boost芯片，可以將超級電容放電放到更低電壓值，更多的利用儲能器件容量。思瑞浦車規(guī)Boost芯片TPQ5055Q和TPQ5057Q，能夠支持3.5~45V供電電壓范圍，支持展頻以及可配置的開關(guān)頻率，同時可根據(jù)應(yīng)用需求設(shè)計成Boost、SEPIC、flyback等不同應(yīng)用拓撲。

03負載控制單元（高邊開關(guān)）

負載開關(guān)主要起到在異常情況下控制切換備用電源供電的作用，解決方案使用高邊開關(guān)。思瑞浦提供多種高邊開關(guān)可選，其中單通道TPS42S40Q，導通電阻低至100mΩ，支持 3.5~40V寬電壓輸入，具備過載、短路、反向電池保護功能；雙通道TPW4020DQ，導通電阻24mΩ，具備輸出電流檢測和過流、過溫、輸出對地/電池短路等保護；四通道TPS42Q20Q適用于負載電流能力低于2.5A需求場景，具備電流檢測和多種故障告警功能。

04控制中樞管理-SBC

整個模塊離不開控制中樞——MCU的管理，負責接收碰撞傳感器信號、控制電容充放電時序，是模塊的 “大腦”。而MCU的供電、對外通信和防掛死都離不開外圍電路。思瑞浦提供集成化的SBC（System Basis Chip）芯片TPT1169xQ，集成1路CAN、2路LDO和看門狗，實現(xiàn)MCU外圍電路的多個需求一“芯”搞定，其中：內(nèi)置的CAN 支持SIC（振鈴抑制），速率最高可達8Mbps，且可通過軟件配置實現(xiàn)特定幀喚醒部分網(wǎng)絡(luò)功能（Partial Networking）； 內(nèi)置一路LDO可為MCU提供精度±2%、電壓3.3V/5V、最大250mA供電，另一路內(nèi)置LDO支持對板外供電5V/150mA；芯片內(nèi)置看門狗，可配置為窗口看門狗模式，為MCU提供防掛死重啟功能。

接口產(chǎn)品線作為思瑞浦重要產(chǎn)品線之一，目前已經(jīng)具備較完善的CAN芯片體系。針對當前具有挑戰(zhàn)的供應(yīng)鏈體系，思瑞浦推出全國產(chǎn)供應(yīng)鏈的各類CAN器件，其中包含支持不同休眠模式的TPT1057xQ、TPT1044xQ、TPT1043AQ和特定幀喚醒的TPT1445Q外，還有支持CAN SIC（Signal Improvement Capability）的TPT1642xQ和TPT1643Q。同時應(yīng)對市場48V電池架構(gòu)CAN需求，思瑞浦正陸續(xù)推出總線耐壓80V的TPT16xxQ系列芯片，應(yīng)對48V架構(gòu)所需的電氣特性，助力打造安全、可靠的汽車通信網(wǎng)絡(luò)

圖3 思瑞浦完備體系CAN產(chǎn)品

思瑞浦致力于全方位的汽車芯片創(chuàng)新研發(fā)，以硬核技術(shù)實力構(gòu)筑“技術(shù)護城河”。從搭建自主可控的自有虛擬IDM晶圓平臺，到打造自有車規(guī)產(chǎn)品測試工廠把控品質(zhì)，再到建設(shè)齊全的ISO 17025實驗室, 通過汽車功能安全管理體系A(chǔ)SIL-D認證，思瑞浦已在信號鏈、接口、電池管理、高壓隔離、電源管理等30多個核心產(chǎn)品領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破，構(gòu)建起覆蓋車身控制、智能座艙、ADAS、動力、底盤等場景的汽車芯片產(chǎn)品矩陣，其中，超過300顆車規(guī)芯片已實現(xiàn)量產(chǎn)和規(guī)模出貨,合作覆蓋國內(nèi)主流車企及Tier1。

隨著汽車行業(yè)快速發(fā)展，汽車安全也越來越被關(guān)注，CPM 模塊已從 “選配安全件” 逐漸成為 “強制標配”。同時在消費者安全意識日益提升的背景下，CPM 模塊的配置情況已成為用戶購車決策的重要參考，思瑞浦致力于為客戶提供可靠且具備成本優(yōu)勢的解決方案和車規(guī)級芯片，為實現(xiàn)與客戶共贏而努力。

圖4 CPM方案思瑞浦物料匯總