电源管理如何支持软件定义车辆架构的实现？

芝能智芯出品

智能汽车已从传统的机械驱动向软件控制转变，催生了“软件定义车辆（Software-Defined Vehicle, SDV）”这一新概念。

软件不仅控制车辆的运行功能，还管理车辆的核心架构。这一变革的背后，电源管理技术起到了至关重要的作用，我们将介绍电源管理如何支持和实现软件定义车辆架构。

软件定义车辆是指通过软件来定义和控制车辆功能的车辆架构。在传统车辆中，功能是与电子控制单元（ECU）直接绑定的，形成静态架构。每一个新功能或改进都需要独立的硬件支持，导致车辆系统的复杂性指数级增加。

SDV采用了一种灵活的架构，使功能可以在整个车辆中动态分布，利用中央计算和区域控制来实现功能的集成和隔离。这种架构不仅简化了系统的设计和集成，还提高了系统的可扩展性和灵活性。

● 中央计算单元

中央计算单元是SDV的核心，它负责处理大量数据并控制车辆的主要功能。中央计算单元需要高功率和高效率的电源管理解决方案，以确保其稳定运行。

例如，NXP的S32G2/3平台使用VR5510 PMIC，该PMIC支持高达60V的输入电压，并具备多个低压降（LDO）稳压器和开关模式电源（BUCK）转换器，能够提供高达3.6A的峰值电流。这种配置能够满足中央计算单元在不同工作模式下的功率需求，同时保证系统的高效能和稳定性。

● 区域控制单元

区域控制单元（Zonal Controller）位于中央计算单元与终端节点之间，起到桥梁作用。它们通过以太网、CAN和LIN等网络协议连接中央计算单元和各个终端节点。这些控制单元的电源需求适中，需要能够在各种电源模式下高效管理功率。

NXP的S32K3平台扩展了S32家族的应用范围，通过FS26 PMIC提供高效、安全的电源管理解决方案，支持高达95%的直流-直流（DC-DC）转换效率。

● 终端节点

终端节点包括传感器、执行器、信息娱乐系统（IVI）、高级驾驶辅助系统（ADAS）等，它们需要在车辆的不同部位执行各种功能。

这些节点通常要求较低的功率消耗和多样化的电压输入，以适应不同的功能需求。例如，NXP的FS04和PF53 PMIC可以提供从0.5V到1.2V的可调输出电压，支持各种外围设备的供电。

随着SDV架构的发展，电源管理技术也在不断创新，以满足日益增长的计算需求和复杂的电源管理要求。主要的趋势包括：

● 模块化与可扩展架构：通过可组合的电源管理单元（PMU），实现不同系统的功率优化配置 。

● 高效的热管理：采用新型材料和设计，提升功率密度和散热性能，以适应更高的环境温度 。

●智能监控与自诊断：通过差分感应和智能监控技术，实现自我诊断和老化校准，提升系统可靠性 。

电源管理技术在SDV架构中的作用至关重要，它不仅提供必要的电力支持，还为车辆功能的智能化和自动化奠定了基础。未来，随着电源管理技术的进一步发展，软件定义车辆将变得更加智能、安全和高效，为驾驶体验带来全新的变革。

● 核心控制系统电源系统

系统电源解决方案支持软件定义车辆，通过S32G定制PMIC系统解决方案，为硬件和软件优化提供了共同开发的扩展性和模块化设计，包括电源和安全（ASIL D）。

该方案优化了S32G的电源、安全、功能和接口，并通过共同设计的ASIL D安全S32G系统，提供了安全通信和接口、实时系统监控和完全验证的系统解决方案，从而显著降低开发风险。由NXP开发、测试和支持的PMIC安全概念和驱动程序贯穿整个项目生命周期。

此外，该方案还优化了互操作性和电源效率，在待机模式下电流仅为35uA，减少电池耗电，且在高电流下延长效率，保证可靠的电源模式转换和多种电源模式，专为S32G设计的待机方案，辅以专用接口和优化的软件控制。

● 区域控制器的电源

S32K3扩展了S32 CoreRide平台，提供了一种安全、高效和粘性的解决方案，具有优化的电源和排序、高效的DC/DC转换（高达95% Vpre）、低功耗模式（25uA），并通过PFM模式实现系统低功耗节能。

它配备了生产就绪的软件驱动、参考示意图和布局，能够快速原型制作，且随时可用。该解决方案基于ASIL B/D骨干概念，提供高可用性和安全性，包括静默故障系统解决方案和故障恢复策略，简化了安全评估。

FS26是第三代FSBC汽车系统电源，广泛应用于EV和VEA应用中，并与S32K3等多个MCU平台集成，支持扩展的电动汽车任务配置文件。具备高效的电源管理解决方案和丰富的安全特性，适用于ASIL B和ASIL D的安全SBC，提供低功耗模式、精确的电压参考和多种监控和恢复机制。

● 终端节点

FS23是针对终端节点设计的系统电源解决方案，特别适用于S32K1xx系列和S32K31x系列微控制器。它集成了Vcore、HVLDO2、CAN FD、传感器供电和HVLDO1等功能，适用于诸如LED、车门开关、电池和温度传感器等汽车应用。

● FS23的主要优势包括：

◎ 安全性：通过设计和产品行为实现功能安全，具备高级监控集成。

◎ 高效性：支持低功耗模式策略，静态电流低至20uA，可配置的电压和电源排序。

◎ 集成性：与S32K家族兼容，提供多功能I/O、CAN和LIN接口，以及供电管理。

FS23还具备较低的滤波电容需求，节省BOM成本，并集成了各种必要的安全特性和监控功能，适合广泛的汽车应用场景。

通过采用先进的电源管理解决方案，SDV能够实现更高的系统集成度、更灵活的功能配置以及更可靠的操作，为汽车产业的未来发展提供坚实的技术保障。

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