汽車電源架構(gòu)設(shè)計(jì)需要遵循哪些原則

　　將電池電壓轉(zhuǎn)換成低壓（例如：3.3V）輸出時(shí)，線性穩(wěn)壓器將損耗75%的輸入功率，效率極低。為了提供1W的輸出功率，將會(huì)有3W的功率作為熱量消耗 掉。受環(huán)境溫度和管殼/結(jié)熱阻的限制，將會(huì)明顯降低1W最大輸出功率。對(duì)于大多數(shù)高壓DC-DC轉(zhuǎn)換器，輸出電流在150mA至200mA范圍時(shí)，LDO 能夠提供較高的性價(jià)比。

　　將電池電壓轉(zhuǎn)換成低壓（例如：3.3V），功率達(dá)到3W時(shí)，需要選擇高端開(kāi)關(guān)型轉(zhuǎn)換器，這種轉(zhuǎn)換器可以提供30W以上的輸出功率。這也正是汽車電源制造商通常選用開(kāi)關(guān)電源方案，而排斥基于LDO的傳統(tǒng)架構(gòu)的原因。

　　大功率設(shè)計(jì)（》 20W）對(duì)于熱管理要求比較嚴(yán)格，需要采用同步整流架構(gòu)。為了獲得高于單個(gè)封裝的散熱能力，避免封裝“發(fā)熱”，可以考慮使用外部MOSFET驅(qū)動(dòng)器。

　　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)關(guān)閉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(kāi)始對(duì)每個(gè)ECU的IQ加以限制。例如歐盟提出的要求是：100μA/ECU。絕大多數(shù)歐盟 汽車標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定ECU的IQ典型值低于100μA。始終保持工作狀態(tài)的器件，例如：CAN收發(fā)器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘和微控制器的電流損耗是ECU IQ的主要考慮因素，電源設(shè)計(jì)需要考慮最小IQ預(yù)算。

　　4、成本控制：OEM廠商對(duì)于成本和規(guī)格的折中是影響電源材料清單的重要因素

　　對(duì)于大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，成本是設(shè)計(jì)中需要考慮的重要因素。PCB類型、散熱能力、允許選擇的封裝及其它設(shè)計(jì)約束條件實(shí)際受限于特定項(xiàng)目的預(yù)算。例如，使用4層板FR4和單層板CM3，PCB的散熱能力就會(huì)有很大差異。

　　項(xiàng)目預(yù)算還會(huì)導(dǎo)致另一制約條件，用戶能夠接受更高成本的ECU，但不會(huì)花費(fèi)時(shí)間和金錢(qián)用于改造傳統(tǒng)的電源設(shè)計(jì)。對(duì)于一些成本很高的新的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，設(shè)計(jì)人員只是簡(jiǎn)單地對(duì)未經(jīng)優(yōu)化的傳統(tǒng)電源設(shè)計(jì)進(jìn)行一些簡(jiǎn)單修整。

　　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(wèn)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

　　隨時(shí)間變化的電場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生電磁輻射，輻射強(qiáng)度取決于場(chǎng)的頻率和幅度，一個(gè)工作電路所產(chǎn)生的電磁干擾會(huì)直接影響另一電路。例如，無(wú)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(guò)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(kāi)關(guān)技術(shù)、擴(kuò)頻技術(shù)等都是近年推出的EMI抑制方案。 應(yīng)用與功率需求

　　大多數(shù)系統(tǒng)電源的基本架構(gòu)選擇應(yīng)從電源要求以及汽車廠商定義的電池電壓瞬變波形入手。對(duì)于電流的要求應(yīng)該反映到電路板的散熱設(shè)計(jì)。表1歸納了大多數(shù)設(shè)計(jì)的電路及電壓要求。

　　通用電源的拓?fù)浼軜?gòu)

　　這里列出了四種常用的電源架構(gòu)，總結(jié)了最近三年汽車領(lǐng)域的典型設(shè)計(jì)架構(gòu)。當(dāng)然，用戶可以通過(guò)不同方式實(shí)現(xiàn)具體的設(shè)計(jì)要求，多數(shù)方案可歸納為這四種結(jié)構(gòu)中的一種。

　　方案 1

　　該架構(gòu)為優(yōu)化DC-DC轉(zhuǎn)換器的效率、布局、PCB散熱及噪聲指標(biāo)提供了一種靈活設(shè)計(jì)。方案1的主要優(yōu)勢(shì)是：

　　增加核設(shè)計(jì)的靈活性。即使不是最低成本/最高效率的解決方案，增加一個(gè)獨(dú)立的轉(zhuǎn)換器有助于重復(fù)利用原有設(shè)計(jì)。

　　有助于合理利用開(kāi)關(guān)電源和線性穩(wěn)壓器。例如，相對(duì)于直接從汽車電池降壓到1.8V，從3.3V電壓產(chǎn)生1.8V300mA的電源效率更高、成本也更低。

　　分散PCB的熱量，這為選擇轉(zhuǎn)換器的位置及散熱提供了靈活性。

　　允許使用高性能、高性價(jià)比的低電壓模擬IC，與高壓IC相比，這種方案提供了更寬的選擇范圍。

　　方案1的缺點(diǎn)是：較大的電路板面積、成本相對(duì)較高、對(duì)于有多路電源需求的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)過(guò)于復(fù)雜。

　　方案 2

　　該方案是高集成度與設(shè)計(jì)靈活性的折衷，與方案1相比，在成本、外形尺寸和復(fù)雜度方面具有一定的優(yōu)勢(shì)。特別適合2路降壓輸出并需要獨(dú)立控制的方案。例 如，要求3.3V電源不間斷供電，而在需要時(shí)可以關(guān)閉5V電源，以節(jié)省IQ電流。另一種應(yīng)用是產(chǎn)生5V和8V電源，利用這種方案可以省去一個(gè)從5V電壓升 壓的boost轉(zhuǎn)換器。