毫米波雷达的电源设计

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概述

自动驾驶在汽车领域的发展如火如荼，但截至目前，商用级自动驾驶仍停留在 L2/L3 级别。作为实现更高自动驾驶水平的解决方案，汽车雷达技术正迎来其高光时刻。在这些雷达技术当中，毫米波雷达因具备精准的感知能力而成为汽车自主做出智能判断与决策的制胜法宝。

毫米波雷达

77GHz毫米波雷达具有抗干扰能力强、精度高、体积小、算法灵活等诸多优点，适用于远距离、近距离、360°环视等多种应用场景。毫米波雷达比超声波雷达灵敏，而成本则与激光雷达不相上下，因此已成为汽车雷达市场的发展方向。

随着自动驾驶对行业发展的持续推动，汽车雷达市场的需求也相应激增。车载毫米波雷达技术预计将成为该市场的主要催化剂。

优化的性能

稳定、可靠、高性能的电源解决方案将助力毫米波雷达实现强大的探测性能。作为专注于电源解决方案的领先半导体制造商，MPS 与 CMOS 工艺毫米波雷达芯片制造商加特兰微电子（Calterah）公司通力合作，为毫米波雷达的发展贡献力量。

图 1 显示了适用于 Calterah Alps 系列汽车 77/79GHz 毫米波雷达的分立式电源解决方案。该解决方案采用 MPQ4420A-AEC1, MPQ2166A-AEC1, 和 MPQ2171-AEC1 实现。

图1: MPS 为Calterah开发的分立式电源解决方案

下文将详细介绍该分立式电源解决方案的两个功率级。

第一功率级

MPQ4420A-AEC1 是一款通过 AEC-Q100 认证的同步降压变换器，具有4V 至 36V连续工作输入电压 (V_IN) 范围。 MPQ4420A-AEC1 提供以下功能特性：

支持高达 36V 的瞬态输入电压，可承受其他车载功能引起的电池电压尖峰
支持高达 95% 的占空比，在电池电压较低时，可确保冷启动条件下的稳定输出
采用 TSOT23-8 (3mmx3mm) 封装以节省电路板空间
在12V 输入和 5V 输出转换效率超过 95%的情况下，提供 2A 输出电流 (I_OUT)

此外，MPQ4420A-AEC1还支持峰值电流控制模式、快速环路响应以及出色的动态性能，其负载调整率低至±0.2%，可确保后级电路和电源的可靠性。该器件还提供输入欠压保护 (UVP)、输出过流保护 (OCP) 和过温保护 (OTP)。这些强大的保护功能为整个毫米波雷达系统增加了更高级别的安全保障。

图 2 显示了 MPQ4420A-AEC1 的典型应用电路。

图2: MPQ4420A-AEC1典型应用电路

第二功率级

与 MPQ4420A-AEC1 类似，MPQ2166A-AEC1 和 MPQ2171-AEC1 也是符合 AEC-Q100 认证的汽车级同步降压变换器。

MPQ2166A-AEC1 是一款单输入、双输出同步变换器。其两路输出电压错相180°，可以降低输入电压纹波，并减少所需的输入电容数量。

根据实际需求，两路输出电流可灵活配置为2A/2A或3A/1A。其工作频率由外部电阻设置，最大开关频率 (f_SW) 为 3MHz。超高 f_SW 使得采用物理尺寸更小的功率电感成为可能，从而减小了整体电路板的布局面积。

在轻载条件下，MPQ2166A-AEC1支持高级异步调制（AAM）模式和强制连续导通模式（FCCM），其峰值转换效率超过90%。

汽车平台对功率芯片的转换效率和静态功耗有严格的要求。MPQ2166A-AEC1 支持 65μA 的静态电流以满足这些要求，超低静态功耗使其成为汽车应用环境的理想选择。

MPQ2166A-AEC1还具有以下功能特性：

支持 2.7V 至 6V V_IN 范围和100% 占空比工作，可同时为 1V1 和 1V5 毫米波雷达通道供电
峰值电流控制，具有出色的动态性能，可助力毫米波雷达稳定地运行
提供强大的保护功能以提高系统可靠性，例如OCP、OTP 和 SCP
采用 QFN-18 (2.5mmx3.5mm) 封装

图 3 显示了 MPQ2166A-AEC1 的典型应用电路。

图3: MPQ2166A-AEC1典型应用电路

MPQ2171-AEC1 是一款集成功率 MOSFET的降压开关模式变换器。它采用 TSOT23-8 (3mmx3mm)封装。该器件具备以下功能特性：

支持 2.5V 至 5.5V V_IN 范围和 100% 占空比操作，可为 3V3 毫米波雷达通道供电
支持高达1A的 I_OUT，默认 f_SW为2.6MHz，峰值转换效率超过90%
采用恒定导通时间 (COT) 控制以实现快速环路响应和出色的动态性能
提供OCP、OTP 和SCP 等保护功能

图 4 显示了 MPQ2171-AEC1 的典型应用电路。

图4: MPQ2171-AEC1典型应用电路

结语

在汽车雷达技术中，毫米波雷达因其强大的探测性能推动了自动驾驶技术的进步。本文回顾了采用 Calterah Alps 系列和 MPS的 MPQ4420A-AEC1, MPQ2166A-AEC1 和 MPQ2171-AEC1共同构建的分立式电源解决方案。作为一家前瞻性的电源制造商，MPS 始终致力于为各种应用开发创新的电源解决方案。