高性能汽車電源獨(dú)特的解決方案

引言

　　電源是汽車的一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，電源的好壞直接影響汽車的性能，對(duì)電源的要求很，因具有壽命長(zhǎng)，性能好，成本低等特點(diǎn)。但這些方面存在矛盾。需要用特殊的方法也解決這些問題。

　　汽車電源設(shè)計(jì)的基本原則

　　汽車電源又叫電源逆變器，是一種能夠?qū)C12V直流電轉(zhuǎn)換為和市電相同的AC220V交流電，供一般電器使用，是一種方便的電源轉(zhuǎn)換器，由于常用于汽車而得名。汽車電源一般使用汽車電瓶或者點(diǎn)煙器供電，先將這樣的低壓直流電轉(zhuǎn)換為265V左右的直流電；然后是真正的轉(zhuǎn)變階段，它將高壓的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)?20V、50Hz的交流電。有了汽車電源，您就可以把家里所有的小家電搬到車上使用，如手機(jī)、筆記本電腦、數(shù)碼相機(jī)、車用冰箱、攝像機(jī)、DVD等，從而使人在車?yán)镉幸环N置身家中的感覺。自它面世以后，那些在車?yán)锸褂秒娖鞯闹T多局限將不復(fù)存在，可以使人真正享受“與家同行，與世界相通”的感覺。

　　大多數(shù)汽車電源架構(gòu)需要遵循六項(xiàng)基本原則：

　　1 輸入電壓范圍VIN：12V電池電壓的瞬間波動(dòng)范圍決定了電源轉(zhuǎn)換IC的輸入電壓范圍。

　　汽車電源充分考慮到外部的使用環(huán)境，當(dāng)發(fā)生過載或短路現(xiàn)象時(shí)將自動(dòng)保護(hù)關(guān)機(jī)。汽車電源的輸出電壓通過本身的反饋確認(rèn)可以使電壓穩(wěn)定，空載與額定的電壓值變化小于10V。需要說明的是，汽車電源的目的是輸出和市電相同的電壓，滿足用電器的需要，但實(shí)際上汽車電源輸出的是模擬正弦波，而市電是真正的正弦波，兩者略有不同，一般不影響使用，這是汽車電源的工作原理決定的。

　　ISO7637-1行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)定義了汽車電池的電壓波動(dòng)范圍。圖1和圖2所示波形即為ISO7637標(biāo)準(zhǔn)給出的波形，圖中顯示了高壓汽車電源轉(zhuǎn)換器需要滿足的臨界條件。

　　2 散熱考慮：散熱需要根據(jù)DC-DC轉(zhuǎn)換器的最低效率進(jìn)行設(shè)計(jì)。

　　精心設(shè)計(jì)的開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器的效率通常高于線性穩(wěn)壓器，較高的轉(zhuǎn)換效率可以省去電源設(shè)計(jì)中的大尺寸散熱片和大的封裝外形。20W以上的大功率設(shè)計(jì)對(duì)于熱管理要求比較嚴(yán)格，需要采用同步整流架構(gòu)。高效率的外部MOSFET控制器有助于改善電源的散熱能力。

　　3 靜態(tài)工作電流（IQ）及關(guān)斷電流（ISD）：隨著汽車中電子控制單元（ECU）數(shù)量的快速增長(zhǎng)，從汽車電池消耗的總電流也不斷增長(zhǎng)。即使當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作并且電池電量耗盡時(shí)，有些ECU單元仍然保持工作。為了保證靜態(tài)工作電流IQ在可控范圍內(nèi)，大多數(shù)OEM廠商開始對(duì)每個(gè)ECU的IQ加以限制。

　　4 成本控制：OEM廠商需要折中考慮模塊成本、開發(fā)/認(rèn)證成本、產(chǎn)品上市時(shí)間以及規(guī)格指標(biāo)。在成本允許的前提下保證最優(yōu)設(shè)計(jì)，電源部分的材料清單在成本上可能占據(jù)非常重要的地位。

　　模塊成本與PCB類型、散熱片、器件布局及其設(shè)計(jì)因素有關(guān)。例如，用FR-4 4層板代替CM-3單層板對(duì)于PCB的散熱會(huì)產(chǎn)生很大差異。

　　5 位置/布局：在電源設(shè)計(jì)中PCB和元件布局會(huì)限制電源的整體性能。

　　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電路板布局、噪聲靈敏度、多層板的互連問題以及其它布板限制都會(huì)制約高芯片集成電源的設(shè)計(jì)。而利用負(fù)載點(diǎn)電源產(chǎn)生所有必要的電源也會(huì)導(dǎo)致高成本，將眾多元件集于單一芯片并不理想。電源設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)具體的項(xiàng)目需求平衡整體的系統(tǒng)性能、機(jī)械限制和成本。

　　6 電磁輻射：一個(gè)工作電路所產(chǎn)生的電磁干擾可能導(dǎo)致另一個(gè)電路無法正常運(yùn)行。例如，無線電頻道的干擾可能導(dǎo)致安全氣囊的誤動(dòng)作，為了避免這些負(fù)面影響，OEM廠商針對(duì)ECU單元制定了最大電磁輻射限制。

　　為保持電磁輻射（EMI）在受控范圍內(nèi)，DC-DC轉(zhuǎn)換器的類型、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、外圍元件選擇、電路板布局及屏蔽都非常重要。經(jīng)過多年的積累，電源IC設(shè)計(jì)者研究出了各種限制EMI的技術(shù)。外部時(shí)鐘同步、高于AM調(diào)制頻段的工作頻率、內(nèi)置MOSFET、軟開關(guān)技術(shù)、擴(kuò)頻技術(shù)等都是近年推出的EMI抑制方案。

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