汽車電子產品日益增長的需求給電源IC設計帶來了新的機遇和挑戰(04-100)

　　引言

　　在過去的10年里，汽車電子產品有了突飛猛進的發展，車載電子控制、導航以及娛樂系統不管是在數量上還是在精細程度上都有了顯著的提高。今后，車載電子產品的發展有望進一步加速。據市場預測，全球汽車半導體市場的規模將從2003年的123億美元增長至2007年的170億美元以上；汽車電子系統在車輛總成本中所占的比例將從目前的20% 飚升至2008年的30%。幾個大發展趨勢對汽車電子產品的這種高速成長起到了推波助瀾的作用。在汽車系列的一端，諸如油門控制、制動和懸掛控制等眾多傳統上的機械系統目前均采用電子系統來進行控制和優化。而在另一端，LED照明、娛樂和無線導航正迅速成為非豪華型汽車的標準設備。所有這些系統均要求進行某種類型的電源管理，而且，它們所面臨的電子技術挑戰很多，與此同時，維持高可靠性也是極為重要的。

　　本文將重點探討目前以及下一代汽車中分布式電源和LED照明的成長。這兩個區段專業市場給汽車電子產品設計師和制造商均帶來了新的挑戰。了解這些挑戰并找到可行的解決方案是最為重要的，因為與這些系統相關聯的發展似乎是沒有止境的。

　　分布式電源單元

　　在汽車的整個底盤上，存在著為數眾多的分布式電源或“負載點”電源。這些電源單元(PSU)負責對12V(標稱值為13.8V)的總線電壓進行降壓(或升壓)操作，以便為大量的子系統供電。這些子系統包括遠程信息處理/導航系統、電動座椅和電動車門、車身內部和外部照明以及電子剎車和引擎操控等。這些系統所要求的電源電壓范圍有可能從36V(用于某些LED應用)到1.2V(用于驅動低電壓微處理器)—諸如導航設備等諸多系統也許需要在一個單元中采用8個以上的不同電壓電平。視PSU在汽車電源總線上操作位置的不同，它有可能需要在功率要求非?？量痰臈l件下運行。這些要求包括負載突降、冷車發動、輕負載條件下的極低功耗以及低噪聲操作。此外，通常還要求解決方案的占位面積非常緊湊狹小，并具有較高的熱效率。凌特公司正在不斷壯大其專為滿足上述苛刻要求而開發的產品系列。

　　負載突降條件(60V瞬變保護)

　　“負載突降”指的是電池電纜在交流發電機向電池充電的過程中發生斷接的狀態。當交流發電機試圖對電池進行滿充電時，電池電纜的這種突然斷接會產生高達60V的瞬態電壓尖峰。交流發電機上的瞬態電壓抑制器通常會把總線電壓箝位于36V至60V之間，并吸收掉大部分的浪涌電流。然而，交流發電機的下行DC/DC轉換器將承受這些60V的瞬變尖峰電壓。由于預料到這些轉換器以及由它們供電的子系統均會在該瞬變事件發生期間以及之后執行操作，因此，至關重要的是DC/DC轉換器應具備處理這一高電壓(最大值為60V)瞬變的能力?？梢圆捎枚喾N能夠在外部實現的保護電路(常常是抑制器)，但這樣會導致成本的增加，并占用寶貴的板級空間。凌特的多款高電壓開關穩壓器(包括LT3433、LT3434和LT1976)均能夠承受高達60V的瞬變電壓，并能夠在不影響系統性能或可靠性的情況下維持輸出的穩定。一般地，這些降壓型或降壓-升壓型轉換器將暴露于因充電/電池系統中的中斷所引起的車用電池和交流發電機電壓瞬變條件之下。

　　冷車發動條件

　　“冷車發動” 是一個在車輛引擎經受了一段時間的低溫或冰點溫度的情況下出現的情況。引擎潤滑油變得非常粘滯，而且要求起動機電機提供更大的扭矩，而這反過來又需要從電池獲得更多的電流。在點火時，該大電流負載會把電池/主總線電壓拉低到4V，之后它一般將恢復至13.8V的標稱值。當某些子系統在這種冷車發動的整個過程中都需要一個經過良好穩壓的5V恒定輸出時，就會發生上述問題。這些應用包括ECU、環境和應急系統微處理器，它們對于確保車輛的安全性以及可靠的性能是至關重要的。以往，人們是通過采用雙電感器SEPIC(單端初級繞組電感器耦合)DC/DC轉換器來滿足這些要求的。SEPIC拓撲結構不利的一面在于其雙電感器配置不僅成本昂貴、體積龐大，而且效率較低(約為70%)。