3 LED 电源的 ASIL-B 设计

对于局部调光 LCD 应用，LED 阳极连接到 LED 驱动器，LED 阴极连接到 LED 电源，如图 2-1 所示。对于 LED 电源，输入端通常直接连接到汽车电池。当您上车时，显示屏已经打开迎候您。寒冷天气下启动发动机时，冷启动期间 V_IN 可能会下降至 3V，如图 3-1 所示。但是，在冷启动期间，显示屏仍需要亮起或不闪烁，以提供出色的用户体验。您可以在 LED 电源前放置预升压，但这会增加成本并降低效率。在没有外部预升压或额外电源的情况下，在启动后，TI 的降压/升压 TPS552892-Q1 转换器可以处理低至 3V_IN 的电源。

图 3-1 典型的冷启动曲线

TPS552892-Q1 同步降压/升压转换器经优化，可将电池电压或适配器电压转换为电源轨。TPS552892-Q1 转换器集成了四个 MOSFET 开关，此开关可在 3.0V 至 36V 的宽输入电压范围内运行。对于 6V LED 电源应用，TPS552892-Q1 转换器可以用 12V_IN 的输入电压提供高达 36W 的输出功率。

图 3-2 TPS552892-Q1 典型应用电路

如何为 LED 电源设计功能安全特性？根据表 3-1 中列出的 ISO26262-5 D.2.6 说明，有两种方法可实现电源诊断安全机制。第一种方法是检测来自输入侧的电压或电流。这种方法的诊断覆盖率较低 (60%)。另一种方法是检测输出侧的电压或电流。这种方法的诊断覆盖率很高 (99%)。

对于 LED 电源，符合 ASIL-B 设计要求的 TPS552892-Q1 转换器系统设计有两种常见的输出检测方法：

• 使用安全 MCU ADC 引脚监控 TPS552892-Q1 输出。

  MCU ADC 引脚独立于 TPS552892-Q1 转换器输出。这意味着诊断覆盖率相对较高，而不会增加额外的 BOM 成本。从图 3-3 中，可以看到 TPS552892-Q1 的 VOUT 引脚连接至 MCU ADC 引脚以用于监控输出电压，CDC 引脚连接至 MCU ADC 引脚以用于监控输出电流。TPS552892-Q1 转换器使用 ISP/ISN 引脚来检测输出电流，并且 CDC 引脚电压 = 20 × (VISP-VISN)，IOUT= (VISP-VISN)/R4。MCU 可以使用 ADC 监控 CDC 引脚电压，然后计算降压/升压 IOUT。PG（电源正常）引脚连接至 MCU GPIO 引脚以监控功率。PG 充当辅助安全机制，可帮助提高诊断覆盖率。如果发生 TPS552892-Q1 转换器过压 (OV) 或欠压 (UV) 故障，MCU ADC 引脚将检测到此故障，然后由 MCU GPIO 切断（将 EN 引脚拉至低电平）TPS552892-Q1 转换器输出，使显示屏能够实现黑屏安全状态。

  图 3-3 通过 MCU 机制检测 TPS552892-Q1 输出
• 使用外部电源监控器监控 TPS552892-Q1 输出。

  如果显示 MCU 没有足够的 ADC 引脚，可以使用外部电源监控器来监控 TPS552892-Q1 转换器的输出 OV 和 UV。监控器与电源输出无关，因此不会出现共因失效，而高性能和高精度检测意味着诊断覆盖率很高。

TI 有各式各样的电压监控器，可以监控 1 个通道到多个通道，并且支持从 5.5V 到 65V 的输入电压。对于 LED 电源，V_LED 等于 V_F（LED 正向电压）+ V_H（LED 驱动器余量电压），通常在 6V 左右。在本白皮书中，以 TPS37A-Q1 高输入电压监控器为例来实现电压监控，如图 3-4 所示。

图 3-4 通过监控器 TPS37A-Q1 检测 TPS552892-Q1 输出

TPS552892-Q1：输入 3V 至 36V，输出 6.0V

TPS37A：充当安全机制来监控 TPS552892-Q1 (V_LED) 电源输出。如果发生 TPS552892-Q1 OV（过压 > 6.5V）或 UV（欠压 < 5.8V）故障，TPS37A-Q1 会使用 SENSE1 (OV) 或 SENSE2 (UV) 引脚检测此故障，并通过 RESET1(OV) 或 RESET2(UV) 信号向 MCU 发送警报。MCU 会响应此信号并执行相应的安全操作（具体操作取决于安全目标要求）。例如，为了切断降压/升压输出，允许黑屏并将其视为安全状态。