新型汽車(chē)設計需要具超低IQ的高壓同步降壓型轉換器

　　摘要：汽車(chē)中非常復雜的電子系統之快速增加使得對電源管理 IC 的性能要求更高了。視電源在汽車(chē)電源總線(xiàn)上工作部位的不同，電源可能遇到停/啟、冷車(chē)發(fā)動(dòng)和負載突降情況，而且必須在這類(lèi)情況發(fā)生時(shí)，能夠自始至終準確地調節輸出電壓。此外，有些這類(lèi)系統會(huì )以始終保持接通的備用模式工作，需要最小的電源電流。因此，最大限度地減小解決方案占板面積同時(shí)最大限度地提高效率也變得至關(guān)重要了。

　　引言

　　每年，汽車(chē)都納入越來(lái)越復雜和越來(lái)越多的電子系統，以最大限度地提高舒適度、安全性和性能，同時(shí)盡量降低有害氣體排放。根據市場(chǎng)調查公司Databeans的研究，從 2012 年到 2014 年，汽車(chē)半導體市場(chǎng)預計將以 9% 的年復合增長(cháng)率增長(cháng)。進(jìn)一步促進(jìn)汽車(chē)中電子系統日益增多的因素是：新的安全系統、信息娛樂(lè )系統 (車(chē)載多媒體系統)、引擎、動(dòng)力傳動(dòng)系統和底盤(pán)管理、衛星無(wú)線(xiàn)電和電視、LED 照明、藍牙和其他無(wú)線(xiàn)系統以及后視攝像頭。幾年前，這些系統僅能在“高端”豪華型汽車(chē)中見(jiàn)到，但是現在，這些系統在每一個(gè)汽車(chē)制造商的中檔汽車(chē)中都能見(jiàn)到，從而促使了汽車(chē) IC 市場(chǎng)以更快的速度增長(cháng)。

　　汽車(chē)中電子系統增加的另一個(gè)關(guān)鍵驅動(dòng)因素是采用了新型發(fā)送機和動(dòng)力傳動(dòng)系統設計。這些新型設計包括：直接燃料噴射、引擎停-啟控制、以及各種不同的混合型 / 電動(dòng)型汽車(chē)配置。這些系統的目標是最大限度地降低有害氣體排放，同時(shí)提高燃料燃燒效率和汽車(chē)的總體性能。這些要求一度是相互排斥的，現在采用“智能”引擎控制系統、大量傳感器和幾個(gè) DSP 后，汽車(chē)制造商能憑借“更干凈”地運行的引擎來(lái)實(shí)現更高的引擎效率。電子控制單元 (ECU) 正在快速增多，以?xún)?yōu)化很多方面的汽車(chē)設計，其中包括引擎和動(dòng)力傳動(dòng)系統管理以至動(dòng)態(tài)底盤(pán)控制?？傊?，這些新型系統提高了安全性、性能和駕駛員的舒適度，并有助于為我們所有人提供一個(gè)更加干凈的環(huán)境。

　　隨著(zhù)汽車(chē)系統中電子組件數量的增多，可用空間在持續縮小，從而極大地提高了每個(gè)系統的密度。所有這些系統都需要電源轉換 IC，而且通常有多個(gè)電壓軌以適用于每一個(gè)子系統。傳統上，線(xiàn)性穩壓器可以滿(mǎn)足大部分這類(lèi)電源轉換需求，因為效率和小尺寸不是很重要。但是隨著(zhù)電源密度提高了數個(gè)數量級，而且很多應用都需要在相對較高的環(huán)境溫度下工作，任何適用的散熱器都太大了，無(wú)法包括在內。因此，要最大限度地減少以熱量形式損失的功率，電源轉換效率就變得至關(guān)重要了，這促使降壓型開(kāi)關(guān)穩壓器取代了線(xiàn)性穩壓器。然而，新出現的汽車(chē)設計要求，甚至在電源電壓變化范圍非常寬、靜態(tài)電流非常低和開(kāi)關(guān)頻率非常高的情況下，開(kāi)關(guān)穩壓器也要提供非常高的效率，而在實(shí)現所有這一切的同時(shí)，還要提供占板面積非常緊湊和高成本效益的解決方案。

　　電子瞬態(tài)挑戰：停/啟、冷車(chē)發(fā)動(dòng)和負載突降情況

　　停-啟系統
　　為了最大限度地提高燃油里程，同時(shí)又可盡量降低二氧化碳排放量，其他可替代的動(dòng)力傳動(dòng)技術(shù)一直在發(fā)展。無(wú)論這些新技術(shù)采用了混合電動(dòng)、清潔柴油還是更傳統的內燃設計，它們都有可能還采用了停/啟電動(dòng)機設計。停/啟電動(dòng)機設計幾乎已經(jīng)普遍出現于世界各地所有混合型設計中，很多歐洲和亞洲的汽車(chē)制造商也已經(jīng)開(kāi)始在傳統的汽油和柴油汽車(chē)中采用停/啟系統。在美國，福特汽車(chē)公司最近宣布，將在很多 2012 家用車(chē)型中采用這類(lèi)系統。

　　不過(guò)，停/啟系統給電源管理系統帶來(lái)了另一個(gè)挑戰。首先，在引擎 / 交流發(fā)電機關(guān)閉時(shí)，電池必須能給汽車(chē)的各種燈、環(huán)境控制以及其他電子系統供電。此外，當引擎再次重啟時(shí)，電池必須能給啟動(dòng)器供電。再啟動(dòng)時(shí)，這種極端的電池加載情況又引入了另一個(gè)設計挑戰，這一次是電氣方面的挑戰，因為重啟引擎需要吸取大量電流，這有可能暫時(shí)將電池電壓拉低至 4V，這個(gè)變化過(guò)程與圖 1 所示的冷車(chē)發(fā)動(dòng)電壓曲線(xiàn)相當類(lèi)似。當充電器返回穩定狀態(tài)、電池總線(xiàn)電壓短暫低于標稱(chēng)的13.8V 時(shí)，要提供一個(gè)良好穩定和僅比輸入低幾百毫伏的輸出，以保持關(guān)鍵系統不間斷運行，這時(shí)對電子系統的挑戰就出現了?！　?/p>