2 硬件设计

在传统电源系统中，通常会在降压转换器的输出端放置一个额外的电压监测器。如图 2-1 所示，TPS3762-Q1 是一款 65V 输入电压监测器，精度高、检测时间短并具有内置自检功能。此器件可直接连接到 12V/24V 系统，以持续监测过压和欠压情况，并可帮助 LM68645-Q1 实现 ASIL-D 合规性。不过，此设计会增加系统成本和设计复杂性。因此，本文介绍了一种可降低系统成本和简化设计的优化解决方案。

图 2-2 所示为优化的电源系统的方框图。TCAN1043HG-Q1 是一款具有 INH 输出的 CAN FD 收发器，可用于选择性地使能节点上可能存在的各种电源。LM74930-Q1 是一款理想的二极管控制器，可驱动和控制一对外部背对背 NMOS，从而提供反极性保护和反向电流阻断。LM68645-Q1 是本文重点介绍的直流/直流转换器；该转换器具备可控制的 EN 引脚，允许通过外部控制进行关断。F29P32-Q1 是本文重点介绍的 MCU：其不仅支持最高 ASIL-D 级的 [YS1]，而且集成了能够监测和保护 LM68645-Q1 输出电压的 CMPSS 比较器。

图 2-3 展示了 TCAN1043HG-Q1 的原理图。TCAN1043xx-Q1 满足 ISO 11898-2 (2016) 高速控制器局域网 (CAN) 规范的物理层要求，提供 CAN 总线和 CAN 协议控制器之间的接口。这些器件支持经典 CAN 和 CAN FD 协议，数据速率高达 2Mbps。EN_CAN 是 MCU 用于控制收发器 EN 引脚的信号。在早期上电阶段，MCU 完成初始化之前，EN_CAN 保持低电平。但是，在 tUV 时间窗口内，INH 引脚默认为高电平输出，该输出使能直流/直流转换器和 PMIC，确保所有电源轨输出正常，以使 MCU 能够正常运行。然后，MCU 使用该 tUV 时间窗口将 EN_CAN 置为高电平，从而将 INH_CAN 保持在高电平。

图 2-4 展示了 LM74930-Q1 的原理图，该器件控制 Q1 和 Q2 以实现对下游降压转换器输入电压的开关控制，同时还提供过流和过压保护。4V 至 65V 的宽输入电源电压范围使其能够保护和控制由 12V 和 24V 汽车电池供电的 ECU。该器件可以承受低至 –65V 的负电源电压并保护负载免受这些电压的影响。其 EN 引脚由 INH_CAN 控制；将其拉至 V(ENF) 以下会关断驱动输出。

图 2-5 展示了 LM68645-Q1 的原理图。在此系统中，该转换器用于将 48V 降至 12V。其 EN 引脚同样由 INH_CAN 控制。此外，还添加了 Q3，以便当芯片检测到故障时，nFAULT 引脚立即输出低电平信号，从而关闭 Q3 以保护下游元件。同时，输出电压由电阻器 R42 和 R43 分压以产生 VMON，该电压馈送到 MCU 的 CMPSS 模块进行监测和诊断。如果 CMPSS 模块检测到过压或欠压故障，它会立即将 nSTB 拉至低电平，从而使 TCAN1043HG-Q1 进入睡眠模式。这进而将 INH_CAN 拉至低电平，禁用 LM68645-Q1，从而防止发生更严重的系统性故障。

图 2-6 展示了 F29P329SM2-Q1 的 AIO（模拟输入/输出）引脚分配图。请注意，VMON 必须同时分配给 CMPSS 模块的高侧正输入 (HP) 和低侧正输入 (LP)，才能同时监测 12V 电源轨的过压和欠压。在此设计中，选择引脚 34 作为 VMON 的输入端，并分配为 CMP4_HP3 和 CMP4_LP3。