一種用于汽車啟停系統(tǒng)的電源設(shè)計(jì)方案

為了控制燃油消耗，許多汽車制造商在下一代汽車中實(shí)現(xiàn)了“啟停”功能，而且為數(shù)眾多的這種汽車已經(jīng)開(kāi)始上路。這些系統(tǒng)會(huì)在汽車停下來(lái)時(shí)關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，當(dāng)腳從剎車踏板移動(dòng)到加速踏板——或者在使用手動(dòng)檔情況下釋放離合器踏板重新接入動(dòng)力時(shí)又自動(dòng)重新啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。在城市行駛和停停走走的高峰時(shí)段這種功能非常有助于減少燃油消耗。

然而，這種系統(tǒng)也給汽車電子帶來(lái)了一些獨(dú)特的工程技術(shù)挑戰(zhàn)，因?yàn)樵诎l(fā)動(dòng)機(jī)重啟時(shí)電池電壓可能降至6.0V或更低。另外，典型的電子模塊都包含有一個(gè)反極性的二極管，用于在汽車搭線啟動(dòng)又意外將搭線接反時(shí)保護(hù)汽車電路。這個(gè)二極管會(huì)使電池電壓再降低0.7V，因此可供下游電路使用的電壓只有5.3V甚至更低。由于許多模塊仍然需要5V電源供電，因此基本上沒(méi)有了余量，很難保證電路正常工作。

升壓供電

一種方法是升壓供電，即輸入較低的電壓，輸出較高的電壓。目前許多供應(yīng)商在電子模塊前端采用某種類型的升壓電源，這樣即使在因啟停系統(tǒng)造成的降壓條件下電子模塊也能正常工作。

與大多數(shù)工程問(wèn)題一樣，解決問(wèn)題的方法有許多。如果輸入端的電池電壓只是下降至6V，那么首選也是最簡(jiǎn)單的解決方案是尋找一款低壓降的線性穩(wěn)壓器，這種穩(wěn)壓器只需不到0.3V的壓差就能正常工作。這種方法適合電流要求較低的模塊，但是對(duì)電流需求較高的模塊來(lái)說(shuō)，這種方法是不合適的。

另外一種方法是用肖特基二極管或P溝道MOSFET代替用于前端電池反極性保護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)P-N結(jié)二極管。肖特基二極管的前向壓降大約是標(biāo)準(zhǔn)整流管的一半，因此可以增加十分之幾伏的壓差余量。改用肖特基二極管相當(dāng)簡(jiǎn)單，因?yàn)樗c標(biāo)準(zhǔn)二極管一樣可以直接安裝在相同的PCB焊盤(pán)上，不需要修改版圖。

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圖1：用P-FET實(shí)現(xiàn)電池反極性保護(hù)。

不過(guò)使用P溝道MOSFET要求修改PCB，還要增加一些額外的電路。

圖 1表明需要三個(gè)元件：一個(gè)P-FET，一個(gè)齊納二極管和一個(gè)電阻。P-FET需要考慮尺寸大小以便能夠應(yīng)付施加到模塊輸入端的電壓以及要求的負(fù)載電流。另外，要認(rèn)真考慮系統(tǒng)的散熱要求，因?yàn)镕ET功耗等于電流的平方乘以FET的導(dǎo)通電阻。齊納二極管可以防止MOSFET柵極氧化物因過(guò)壓條件而損壞。大多數(shù) P-FET從柵極到源極連接可以承受15V至20V的電壓，因此齊納二極管的選型原則是必須能夠在這個(gè)電壓點(diǎn)之前鉗位。電阻將柵極拉到地，用于導(dǎo)通P- FET，但它也必須調(diào)整到合適的值。阻值不能太小，太小將允許太多的電流流經(jīng)齊納二極管，從而引起功耗問(wèn)題。然而，電阻阻值也不能太大，太大的話就不能可靠地使P-FET導(dǎo)通?？傊@種方法的指導(dǎo)思想是減少漏極到源極連接上的壓降。