提升汽車CAN總線能效以增強燃油經(jīng)濟性

對于傳統(tǒng)乘用車而言，油箱是唯一的實際能源來源，故制造商們尋求在包括電子系統(tǒng)在內(nèi)的所有汽車系統(tǒng)中節(jié)能，以進一步改善燃油經(jīng)濟性及二氧化碳(CO2)排放。隨著汽車中增添的電子系統(tǒng)的數(shù)量不斷增多，以增強汽車性能及安全性，并為購買者提供有吸引力的新功能，汽車中每個電子控制單元(ECU)的節(jié)能效果較低的話，就會使總油耗大幅增加。

芯片設(shè)計人員采用不同技術(shù)及途徑，已經(jīng)能夠降低他們提供的器件的總能耗。在單個系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片(SBC)中結(jié)合多個器件的功能，并應(yīng)用不同電源管理策略，還能幫助進一步降低總能耗。這些進展表示當今的內(nèi)燃發(fā)動機汽車能夠舒適安全地搭載乘客，而使用的燃油更少，碳排放更低。

增強型系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片

SBC為連接至汽車(CAN或LIN)總線的各種模塊(如車門模塊)提供電能、驅(qū)動器及連接功能。通常情況下，它們可能集成穩(wěn)壓器， 為控制器及傳感器、高邊和/或低邊驅(qū)動器、收發(fā)器接口及喚醒或看門狗引腳等其它系統(tǒng)連接功能供電。在單片器件中集成這些功能且結(jié)合內(nèi)置電源管理，跟使用分立元件相比，在功率、成本及尺寸方面具備優(yōu)勢。當今的SBC使用現(xiàn)有技術(shù)及電源管理，能提供約20 μA的休眠電流及約60 μA的待機電流。

在一款典型SPC中，片上穩(wěn)壓器通常是低壓降(LDO)線性穩(wěn)壓器，如圖1所示。基于這個原因，設(shè)計人員面臨的主要挑戰(zhàn)就在于散熱管理，因為LDO功率耗散相對較高。對于5 V時150 mA的穩(wěn)流供電電流而言，SBC應(yīng)當能夠耗散高達1.3 W的總功率。如果SBC的LDO包含內(nèi)置旁路元件，此功率就在SBC封裝內(nèi)部耗散。用于需要更大電流(通常高于250 mA)的模塊的SBC，通常設(shè)計為與外部旁路元件一起使用。這就有效分散SBC與外部MOSFET之間的功率耗散，從而能夠擴展實用的環(huán)境溫度范圍。

圖1. 包含LDO穩(wěn)壓器的傳統(tǒng)SBC

提升電源電路的能效，如在某些或全部LDO處使用開關(guān)模式的DC-DC轉(zhuǎn)換器，能夠大幅降低汽車中每個CAN節(jié)點SBC的功率損耗額。這能幫助簡化散熱管理，還能提升燃油經(jīng)濟性。

在仔細選擇轉(zhuǎn)換器架構(gòu)的情況下，采用開關(guān)模式DC-DC轉(zhuǎn)換的SBC能為使用自動停止-啟動(或微混合)技術(shù)的較新型車提供重要優(yōu)勢。自動停止-啟動技術(shù)在汽車停下來 (如等候交通信號燈) 時關(guān)閉發(fā)動機，能夠降低市區(qū)行駛的燃油消耗約15%至20%;當駕駛員踩下加速踏板(油門)時，發(fā)動機自動重啟，使系統(tǒng)有效地工作，而且這個過程對駕駛?cè)藛T而言是透明的。為了確保CAN總線上的所有系統(tǒng)都能夠持續(xù)恰當?shù)匕l(fā)揮功用，應(yīng)用必須保持全面工作，即使是在發(fā)動機啟動期間電池電壓降至2.5 V那么低時，也是如此。在這種情況下，升壓-降壓DC-DC拓撲結(jié)構(gòu)使SBC能夠在所有工作條件下提供所要求的穩(wěn)壓輸出電壓。

圖2：采用DC-DC轉(zhuǎn)換器的SBC