汽車(chē)電子產(chǎn)品日益增長(cháng)的需求給電源IC設計帶來(lái)了新的機遇和挑戰(04-100)
引言
本文引用地址:http://dyxdggzs.com/article/80981.htm在過(guò)去的10年里,汽車(chē)電子產(chǎn)品有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展,車(chē)載電子控制、導航以及娛樂(lè )系統不管是在數量上還是在精細程度上都有了顯著(zhù)的提高。今后,車(chē)載電子產(chǎn)品的發(fā)展有望進(jìn)一步加速。據市場(chǎng)預測,全球汽車(chē)半導體市場(chǎng)的規模將從2003年的123億美元增長(cháng)至2007年的170億美元以上;汽車(chē)電子系統在車(chē)輛總成本中所占的比例將從目前的20% 飚升至2008年的30%。幾個(gè)大發(fā)展趨勢對汽車(chē)電子產(chǎn)品的這種高速成長(cháng)起到了推波助瀾的作用。在汽車(chē)系列的一端,諸如油門(mén)控制、制動(dòng)和懸掛控制等眾多傳統上的機械系統目前均采用電子系統來(lái)進(jìn)行控制和優(yōu)化。而在另一端,LED照明、娛樂(lè )和無(wú)線(xiàn)導航正迅速成為非豪華型汽車(chē)的標準設備。所有這些系統均要求進(jìn)行某種類(lèi)型的電源管理,而且,它們所面臨的電子技術(shù)挑戰很多,與此同時(shí),維持高可靠性也是極為重要的。
本文將重點(diǎn)探討目前以及下一代汽車(chē)中分布式電源和LED照明的成長(cháng)。這兩個(gè)區段專(zhuān)業(yè)市場(chǎng)給汽車(chē)電子產(chǎn)品設計師和制造商均帶來(lái)了新的挑戰。了解這些挑戰并找到可行的解決方案是最為重要的,因為與這些系統相關(guān)聯(lián)的發(fā)展似乎是沒(méi)有止境的。
分布式電源單元
在汽車(chē)的整個(gè)底盤(pán)上,存在著(zhù)為數眾多的分布式電源或“負載點(diǎn)”電源。這些電源單元(PSU)負責對12V(標稱(chēng)值為13.8V)的總線(xiàn)電壓進(jìn)行降壓(或升壓)操作,以便為大量的子系統供電。這些子系統包括遠程信息處理/導航系統、電動(dòng)座椅和電動(dòng)車(chē)門(mén)、車(chē)身內部和外部照明以及電子剎車(chē)和引擎操控等。這些系統所要求的電源電壓范圍有可能從36V(用于某些LED應用)到1.2V(用于驅動(dòng)低電壓微處理器)—諸如導航設備等諸多系統也許需要在一個(gè)單元中采用8個(gè)以上的不同電壓電平。視PSU在汽車(chē)電源總線(xiàn)上操作位置的不同,它有可能需要在功率要求非??量痰臈l件下運行。這些要求包括負載突降、冷車(chē)發(fā)動(dòng)、輕負載條件下的極低功耗以及低噪聲操作。此外,通常還要求解決方案的占位面積非常緊湊狹小,并具有較高的熱效率。凌特公司正在不斷壯大其專(zhuān)為滿(mǎn)足上述苛刻要求而開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品系列。
負載突降條件(60V瞬變保護)
“負載突降”指的是電池電纜在交流發(fā)電機向電池充電的過(guò)程中發(fā)生斷接的狀態(tài)。當交流發(fā)電機試圖對電池進(jìn)行滿(mǎn)充電時(shí),電池電纜的這種突然斷接會(huì )產(chǎn)生高達60V的瞬態(tài)電壓尖峰。交流發(fā)電機上的瞬態(tài)電壓抑制器通常會(huì )把總線(xiàn)電壓箝位于36V至60V之間,并吸收掉大部分的浪涌電流。然而,交流發(fā)電機的下行DC/DC轉換器將承受這些60V的瞬變尖峰電壓。由于預料到這些轉換器以及由它們供電的子系統均會(huì )在該瞬變事件發(fā)生期間以及之后執行操作,因此,至關(guān)重要的是DC/DC轉換器應具備處理這一高電壓(最大值為60V)瞬變的能力??梢圆捎枚喾N能夠在外部實(shí)現的保護電路(常常是抑制器),但這樣會(huì )導致成本的增加,并占用寶貴的板級空間。凌特的多款高電壓開(kāi)關(guān)穩壓器(包括LT3433、LT3434和LT1976)均能夠承受高達60V的瞬變電壓,并能夠在不影響系統性能或可靠性的情況下維持輸出的穩定。一般地,這些降壓型或降壓-升壓型轉換器將暴露于因充電/電池系統中的中斷所引起的車(chē)用電池和交流發(fā)電機電壓瞬變條件之下。
冷車(chē)發(fā)動(dòng)條件
“冷車(chē)發(fā)動(dòng)” 是一個(gè)在車(chē)輛引擎經(jīng)受了一段時(shí)間的低溫或冰點(diǎn)溫度的情況下出現的情況。引擎潤滑油變得非常粘滯,而且要求起動(dòng)機電機提供更大的扭矩,而這反過(guò)來(lái)又需要從電池獲得更多的電流。在點(diǎn)火時(shí),該大電流負載會(huì )把電池/主總線(xiàn)電壓拉低到4V,之后它一般將恢復至13.8V的標稱(chēng)值。當某些子系統在這種冷車(chē)發(fā)動(dòng)的整個(gè)過(guò)程中都需要一個(gè)經(jīng)過(guò)良好穩壓的5V恒定輸出時(shí),就會(huì )發(fā)生上述問(wèn)題。這些應用包括ECU、環(huán)境和應急系統微處理器,它們對于確保車(chē)輛的安全性以及可靠的性能是至關(guān)重要的。以往,人們是通過(guò)采用雙電感器SEPIC(單端初級繞組電感器耦合)DC/DC轉換器來(lái)滿(mǎn)足這些要求的。SEPIC拓撲結構不利的一面在于其雙電感器配置不僅成本昂貴、體積龐大,而且效率較低(約為70%)。
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