汽車自動啟停系統(tǒng)對電源的影響及升壓轉(zhuǎn)換器方案

如今，汽車用戶越來越關(guān)注油耗，期望節(jié)省燃油支出，而這也能幫助減少對環(huán)境的影響。為了了配合此趨勢，汽車制造商們紛紛采用各種途徑來降低油耗，其中一種途徑就是在新車型中應(yīng)用自動“啟動/停止”(Start/Stop)功能，幫助降低油耗。

所謂自動啟停功能，就是汽車因為堵車或等紅燈而停下來時，這些創(chuàng)新的系統(tǒng)自動關(guān)閉發(fā)動機(熄火);而當駕駛?cè)说哪_從剎車踏板移向油門踏板時，就自動重新啟動發(fā)動機(點火)。這就幫助降低市區(qū)駕車及停停走走式交通繁忙期時不必要的油耗，降低排放。

自動啟停系統(tǒng)對汽車電源系統(tǒng)的影響及常見電源方案

但這樣的創(chuàng)新系統(tǒng)也為汽車電子設(shè)計帶來一些獨特挑戰(zhàn)。因為當發(fā)動機重新啟動時，電池電壓可能驟降至6.0 V甚至更低。傳統(tǒng)汽車電源架構(gòu)中，典型電子模塊包含反極性二極管，用于在汽車跳接啟動(jump started)而跳接線纜反向的事件中保護電子電路。保護電路本身產(chǎn)生壓降，使下游電路電壓僅為5.5 V或更低。由于許多模塊仍要求5 V供電，過低的壓差使降壓電源沒有足夠余量來正常工作。因此，傳統(tǒng)的汽車電源架構(gòu)不適用于自動啟停系統(tǒng)。

圖1：傳統(tǒng)汽車電源架構(gòu)及其問題所在。

要為自動啟停系統(tǒng)選擇適當?shù)碾娫醇軜?gòu)，常見的方案有三種(見圖2)。一種方案是采用低壓降(LDO)線性穩(wěn)壓器，或是低壓降開關(guān)電源。另一種方案是采用升降壓電源作為初級電源。第三種方案是在初級高壓降壓電源之前，采用前置升壓電源。

圖2：自動啟停系統(tǒng)的常見電源方案(方案1是低壓降電源,不只是LDO)。安森美半導(dǎo)體用于啟停系統(tǒng)的改進型前置升壓電源方案——NCV8876

安森美半導(dǎo)體應(yīng)用于汽車自動啟停系統(tǒng)的非同步升壓控制器NCV8876，主要用于在汽車自動啟停時為后續(xù)電路提供足夠的工作電壓。它是一種改進型的前置升壓電源方案。

NCV8876驅(qū)動外部N溝道MOSFET，使用內(nèi)部斜坡補償?shù)姆逯惦娏髂Ｊ娇刂疲闪藘?nèi)部穩(wěn)壓器，為門極驅(qū)動器提供電荷。NCV8876采用2 V至45 V輸入電壓工作，能夠在冷啟動及45 V負載突降情況下工作。NCV8876在休眠模式下的靜態(tài)電流典型值僅為11 μA，適應(yīng)汽車應(yīng)用的低靜態(tài)電流要求。它在寬溫度范圍下提供±2%的輸出電壓精度。NCV8876采用SOIC8微型封裝，工作溫度范圍-40℃至150℃，能夠適應(yīng)汽車應(yīng)用的嚴格要求。

圖3：安森美半導(dǎo)體的改進型前置升壓電源方案NCV8876的典型應(yīng)用電路。

如圖3所示，NCV8876具有狀態(tài)(STATUS)監(jiān)測功能，能為微控制器提供工作狀態(tài)信息。當工作狀態(tài)為低電平時，NCV887工作;高電平時，NCV8876休眠。這器件可以透過外部電阻RDSC設(shè)定頻率。它還可內(nèi)部設(shè)定限流值、最大占空比等多項參數(shù)。NCV8876集成了多種保護功能，如逐周期限流保護、斷續(xù)模式過流保護及過熱關(guān)閉等。其它特性包括：峰值電流檢測、最小COMP電壓鉗位可提高切換時的響應(yīng)速度等?？偟膩砜?，NCV8876應(yīng)用電路簡單，成本低，非常適合汽車啟停系統(tǒng)應(yīng)用。

NCV8876工作原理

NCV8876改進型前置升壓電源方案的原理是：電池電壓正常時，NCV8876進入休眠模式，僅消耗極低的靜態(tài)電流(典型值< 11 μA);而當電池電壓降至設(shè)定電壓時，NCV8876自動喚醒，開始升壓工作。

具體而言，當汽車電池供電電壓下降到低于7.3 V(可工廠預(yù)設(shè))時，NCV8876自動啟用;而當電池電壓降至低于6.8V時，NCV8876啟用升壓工作。因此，NCV8876可以保障后續(xù)電路有足夠的余量來恰當?shù)剡M行降壓工作，供下游系統(tǒng)使用。

圖4：安森美半導(dǎo)體NCV8876非同步升壓控制器工作原理詳解。安森美半導(dǎo)體基于NCV8876的演示電路板測試顯示，在輸入電壓最低2.6 V條件下，輸出電壓為6.8 V，輸出電流為3.6 A，能夠使后續(xù)降壓轉(zhuǎn)換器恰當工作，并為下游系統(tǒng)供電。

圖5：NCV8876演示電路板及實測波形。

總結(jié)：

汽車自動啟停系統(tǒng)幫助降低油耗及廢氣排放，但此創(chuàng)新功能也帶來獨特的工程設(shè)計挑戰(zhàn)。本文介紹了安森美半導(dǎo)體的最新前置升壓電源方案NCV8876的功能特點及工作原理，幫助設(shè)計人員應(yīng)用這非同步升壓控制器，為創(chuàng)新的汽車自動啟停系統(tǒng)開發(fā)簡單、低成本的電源方案。