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	 > 市場分析 > 用于車輛跟蹤系統(tǒng)的集成電源解決方案
          
    
          

          

          


	
	
	

          
	
          
		
          
			
          用于車輛跟蹤系統(tǒng)的集成電源解決方案
          
						
          
				作者：ADI公司 Celso Aron、Dominic Clavillas、Jardine Penaflor
				時間：2021-05-13
				來源：電子產品世界
				
				
				
				
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          本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/202105/425504.htm
          簡介
          車輛跟蹤系統(tǒng)(VTS)通常安裝在汽車和卡車中。VTS使用全球定位系統(tǒng)(GPS)等技術提供有關車輛的速度、位置和方向的實時信息。
          要確保VTS可靠工作，需要配備穩(wěn)健的DC-DC電源。電源的設計必須能夠防止系統(tǒng)出現(xiàn)常見的汽車故障，如負載突降、冷啟動、反極性以及ISO 7637-2和ISO 16750-2中描述的其他具有破壞性的潛在瞬變。
          此外，如果車輛掉電，系統(tǒng)必須能夠切換至備用電池以確保持續(xù)運行。最后，汽車電源必須符合汽車電磁干擾(EMI)標準，特別是CISPR 25的要求。
          為了應對這些挑戰(zhàn)，ADI公司開發(fā)了EVAL-ADVTS4152-EBZ電源解決方案，這是一款適用于車輛跟蹤系統(tǒng)的高性能、簡化電源解決方案。
          image.png
          圖1 EVAL-ADVTS4152-EBZ電源解決方案評估板
          集成解決方案
          EVAL-ADVTS4152-EBZ電源解決方案集成三個主模塊：LT4356-1浪涌抑制器、高效LT8609A降壓穩(wěn)壓器和LTC4040電池備用電源管理器。這三個模塊相互配合，向VTS等下游電子設備提供可靠高效的電源。
          EVAL-ADVTS4152-EBZ與標稱12 V或24 V系統(tǒng)兼容，旨在提供輸出5 V、3 A連續(xù)電流。當汽車電池掉電時，系統(tǒng)會自動從單節(jié)鋰離子電池(Li-Ion)或磷酸鋰鐵(LiFePO4)電池切換到備用電源。
          image.png
          圖2 EVAL-ADVTS4152-EBZ功能框圖
          表1 EVAL-ADVTS4152-EBZ電氣規(guī)格
          參數(shù)
          測試條件/注釋
          最小值
          典型值
          最大值
          單位
          輸入





          工作范圍
          適合12 V和24 V電源系統(tǒng)





          主電源
          6.5
          12或24
          38
          V

          電池
          2.7

          5
          V
          正浪涌保護



          200
          V
          反向保護

          -40


          V
          輸出





          電壓

          4.5

          5.5
          V
          紋波
          輸出 = 5 V、2 A





          主電源12 V（降壓模式）

          3.842

          mV

          電池3.6 V（升壓模式）

          9.522

          mV
          電流



          3
          A
          備用電池





          工作范圍

          2.7

          5
          V
          可選充電電壓
          鋰離子

          3.95、4.0、4.05或4.1

          V

          LiFePO4

          3.45、3.5、3.55或3.6

          V
          浪涌抑制器
          要設計一款能夠應對高壓瞬變的汽車電源極具挑戰(zhàn)性，因為需要這樣一款器件，既能耗散多余電力，同時不會損壞敏感的電子器件。EVAL-ADVTS4152-EBZ電源解決方案中的LT4356-1浪涌抑制器就可以保護系統(tǒng)免受高壓瞬變的影響，在高壓瞬變期間仍可持續(xù)運行。
          LT4356-1驅動一個作為調整管的外部N溝道、金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)（參見圖3）。在正常工作模式下，LT4356-1使MOSFET完全開啟，并提供從輸入到下游負載的低阻抗路徑。如果輸入電壓浪涌過高，LT4356-1就會控制MOSFET的柵極，并將輸出電壓調節(jié)至由OUT引腳到地之間的R33和R34電阻分壓器設定的安全電壓電平。MOSFET保持開啟狀態(tài)，直到接地的TMR引腳處連接的電容電荷(CTMR)達到1.35 V。此時，GATE引腳拉低，使MOSFET關閉。
          負載突降
          負載突降是高壓瞬變的一個示例。當交流發(fā)電機在汽車電池充電期間與電池斷開連接，造成電壓浪涌時，就會發(fā)生負載突降。EVAL-ADVTS4152-EBZ使用LT4356-1浪涌抑制器保護敏感的汽車電子部件，可避免這種瞬態(tài)情況的影響。
          測試設置
          我們使用DC1950A負載突降生成器生成負載突降測試脈沖，并通過EVAL-ADVTS4152-EBZ輸入傳送。然后在EVAL-ADVTS4152-EBZ的輸出施加一個1 A恒流負載。圖4顯示負載突降測試設置。
          image.png
          圖3 LT4356-1浪涌抑制器
          1620886884330100.png
          圖4 負載突降測試設置
          如圖5所示，實際浪涌波形顯示在通道2 (C2)，浪涌電壓為105.6 V，衰減約400 ms。輸出電壓保持在5 V，顯示在通道 3 (C3)，表示電源未中斷。在圖5中，LT4356-1響應也顯示在通道1 (C1)。波形中的平坦區(qū)域表明芯片正在將電壓調節(jié)到所需的38 V鉗位電壓（見圖5）。
          image.png
          圖5 EVAL-ADVTS4152-EBZ在高瞬態(tài)電壓下的響應
          降壓穩(wěn)壓器
          將LT4356-1的輸出連接到LT8609A高效率降壓穩(wěn)壓器的輸入（見圖6）。LT8609A具有3.0 V~42 V的寬輸入范圍。RT和地之間連接一個電阻，用于設置開關頻率。用戶通過SYNC引腳使能擴頻調制，以實現(xiàn)低EMI運行。
          電池備用電源管理器
          為確保VTS連續(xù)工作，還必須提供一個備用電源，在汽車電池掉電時供電。EVAL-ADVTS4152-EBZ有一個LTC4040高電流、升壓DC-DC穩(wěn)壓器，通過單節(jié)鋰離子電池或LiFePO4電池提供備份電源（見圖7）。
          當LT4356-1的輸出降至1.2 V電源失效輸入(PFI)閾值以下時，2.5 A升壓穩(wěn)壓器通過備用電池向下游負載供電。
          image.png
          圖6 LT8609A降壓穩(wěn)壓器
          image.png
          圖7 LTC4040電池備用電源管理器
          正常模式到備用電池模式
          為了仿真掉電情況，斷開EVAL-ADVTS4152-EBZ輸入端的電源，查看從正常工作模式到備用電池模式的過渡波形。圖9顯示了測試設置。該仿真測試還顯示了EVAL-ADVTS4152-EBZ如何在冷啟動等欠壓瞬變情況下繼續(xù)運行。
          在圖8中，標稱12 V輸入顯示在通道1 (C1)。通道3 (C3)中顯示的系統(tǒng)輸出表明，當12 V輸入下降時，5 V輸出未中斷。此結果也表明在冷啟動瞬變情況下，EVAL-ADVTS4152-EBZ仍可連續(xù)運行。
          image.png
          圖8 EVAL-ADVTS4152-EBZ在掉電情況下的響應（VIN = 12 V和VOUT = 5 V）
          選擇電池充電電壓
          當汽車電池電源可用時，升壓穩(wěn)壓器將作為降壓電池充電器反向運行。充電電壓可根據(jù)電池類型通過用戶可選引腳配置。LTC4040為兩種化學電池（鋰離子電池和LiFePO4）各提供四種不同的充電電壓選項，這些選項可通過S1、S2和S3滑動開關輸入進行選擇。表2顯示了為兩種電池選擇充電電壓的開關配置。
          image.png
          圖9 掉電情況仿真測試設置
          表2 備用電池的充電電壓設置
          電池類型
          開關設置
          最小值
          典型值
          最大值
          單位
          電池調節(jié)輸出電壓





          用于LiFePO4選項
          S1 = 0, S2 = 0,   S3 = 0
          3.42
          3.45
          3.48
          V

          S1 = 0, S2 = 1,   S3 = 0
          3.47
          3.50
          3.53
          V

          S1 = 0, S2 = 0,   S3 = 1
          3.52
          3.55
          3.58
          V

          S1 = 0, S2 = 1,   S3 = 1
          3.57
          3.60
          3.63
          V
          用于鋰離子電池選項
          S1 = 1, S2 = 0,   S3 = 0
          3.92
          3.95
          3.98
          V

          S1 = 1, S2 = 1, S3   = 0
          3.97
          4.00
          4.03
          V

          S1 = 1, S2 = 0,   S3 = 1
          4.02
          4.05
          4.08
          V

          S1 = 1, S2 = 1,   S3 = 1
          4.07
          4.10
          4.13
          V
          熱關斷配置
          如果需要防止異常高的直流電壓，EVAL-ADVTS4152-EBZ還有一個可選的ADT6401引腳可選溫度開關，可用于提供過溫保護。有關基準電壓源的詳情，請參見EVAL-ADVTS4152-EBZ, UG-1916中的ADT6401原理圖。
          預合規(guī)測試
          ISO 7637-2:2011和ISO 16750-2:2012標準
          ISO 7637-2:2011和ISO 16750-2:2012標準描述了可能的瞬變情況并指定了瞬變仿真測試方法。需要滿足的測試要求如圖10所示，供參考。
          image.png
          圖10 ISO 7637-2和ISO 16750-2測試要求
          CISPR 25電磁輻射和傳導輻射
          CISPR 25是一項汽車標準，針對車載接收機規(guī)定了防電磁輻射和傳導輻射保護要求。圖11和圖12顯示了EVAL-ADVTS4152-EBZ的輻射EMI性能。圖13和圖14顯示了傳導EMI性能。圖11至圖14中的紅線表示CISPR25 5類電磁輻射和傳導輻射峰值限值。
          image.png
          圖11 輻射EMI性能，水平極化
          image.png
          圖12 輻射EMI性能，垂直極化
          image.png
          圖13 傳導EMI性能，正極性
          image.png
          圖14 傳導EMI性能，負極性
          參考文獻
          LT4356-1數(shù)據(jù)手冊。ADI公司。
          LT8609A數(shù)據(jù)手冊。ADI公司。
          LTC4040數(shù)據(jù)手冊。ADI公司。
          EVAL-ADVTS4152-EBZ電源解決方案用戶指南(UG-1916)。ADI公司。
          2019年8月，《模擬對話》第53卷，適用于惡劣汽車環(huán)境的綜合電源系統(tǒng)設計占用極小空間，節(jié)省電池電量，并提供低EMI特性。ADI公司。
          技術文章，低靜態(tài)電流浪涌抑制器：符合ISO 7637-2和ISO 16750-2要求的可靠汽車電源保護。ADI公司。
          
				
            
                
			
							
          
                
			              
              
            
          
		
          
		
          
		
          
		
          
		
          
			
            
				
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          技術專區(qū)
          
      
          
      
          
			
      
           
       

          

   










          
	
          
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