安森美半導(dǎo)體分析汽車電源轉(zhuǎn)型
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電源能效
盡量提升電源能效一直是設(shè)計(jì)的一個(gè)核心目標(biāo)。從熱力學(xué)角度來講，現(xiàn)實(shí)世界的能量轉(zhuǎn)移并不完美，由于散熱和其他系統(tǒng)損耗等因素，輸入功率永遠(yuǎn)不可能等于輸出功率。這由電源能效來衡量，也就是輸出功率除以輸入功率的比值。
我們假定線性穩(wěn)壓器和開關(guān)電源都有2.5 W的額定功率，以及5 V輸出電壓和0.5 A輸出電流，那么線性穩(wěn)壓器需要6 W的輸入功率（損失的3.5 W歸咎于穩(wěn)壓器散熱），能效為41%，而開關(guān)式穩(wěn)壓器僅需2.8 W的輸入功率，能效高達(dá)90%。
因此，開關(guān)方案提供比線性方案更高的能效。對(duì)設(shè)計(jì)師來說，了解從線性方案邁向開關(guān)方案的設(shè)計(jì)考量及其對(duì)設(shè)計(jì)的影響是很有必要的。
開關(guān)電源設(shè)計(jì)考量
根據(jù)開關(guān)電源的工作原理，通過導(dǎo)通和關(guān)斷的開關(guān)狀態(tài)對(duì)輸入電壓進(jìn)行增加/減小/逆變的脈沖調(diào)制，這是優(yōu)于線性方案只能減小輸入電平的又一優(yōu)勢(shì)。然而，開關(guān)方案也有很多弊端，由于其復(fù)雜的反饋回路，外部元件較線性方案多且需要更多的PCB面積，再加上開關(guān)的性質(zhì)導(dǎo)致其除噪性能差。
為減輕開關(guān)電源弊端，系統(tǒng)設(shè)計(jì)師需作以下考量：
(一) 電磁干擾
減少回路面積，優(yōu)化PCB布局，從而減弱電路間的干擾；
避免由穩(wěn)壓器和系統(tǒng)環(huán)境產(chǎn)生的敏感頻段；
采用擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)、決定光譜含量和去耦方案降低排放峰值。
(二) 外部元件數(shù)量
集成的電源開關(guān)可減小布線尺寸，功耗比板外電源開關(guān)更低，且更易于設(shè)計(jì)。
(三) PCB面積
減小電感和電容的尺寸，所占PCB面積得以減小，且開關(guān)頻率增加，使能效得以提升，同時(shí)減弱PCB電磁輻射和電磁干擾。但需注意盡量使導(dǎo)通和開關(guān)損耗最小化，降低噪聲。
(四) 反饋回路設(shè)計(jì)
為匹配輸出阻抗的后穩(wěn)壓器選擇合適的負(fù)輸入電阻以避免振蕩，達(dá)到穩(wěn)壓輸出的目的；
有效使用仿真工具以了解頻域中的頻率補(bǔ)償；頻率補(bǔ)償可通過選擇單極響應(yīng)控制方案來實(shí)現(xiàn)。
(五) 瞬態(tài)電流
將線性穩(wěn)壓器和開關(guān)電源并聯(lián)，可減小瞬態(tài)電流，稱為混合開關(guān)電源；且可根據(jù)線路負(fù)載情況，以恒定的開和關(guān)條件進(jìn)行脈沖頻率調(diào)制。
汽車系統(tǒng)電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)演變
工程師須視具體的應(yīng)用為汽車系統(tǒng)選擇合適的電源管理設(shè)計(jì)方案。
圖一：汽車系統(tǒng)電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)演變概覽
混合線性/開關(guān)電源(SMPS)方案典型用于汽車ADAS系統(tǒng)和啟停系統(tǒng)
隨著車輛主動(dòng)安全系統(tǒng)的重要性的與日俱增，先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)逐漸從高檔車應(yīng)用擴(kuò)展至中低檔車，它通過協(xié)助駕駛員控制車輛的復(fù)雜過程以提供更安全便利的駕駛體驗(yàn)如自適應(yīng)巡航控制、盲點(diǎn)監(jiān)控、車道偏離警報(bào)、夜視、車道保持協(xié)助、以及具自動(dòng)轉(zhuǎn)向和制動(dòng)措施的碰撞警報(bào)系統(tǒng)。下一代ADAS系統(tǒng)將可令駕駛體驗(yàn)進(jìn)一步自動(dòng)化，如：用智能手機(jī)app協(xié)助自動(dòng)停車；搭載V2X通訊系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)車輛與車輛或車輛與外界環(huán)境的即時(shí)信息交換，從而大大緩解交通堵塞，減少交通事故的發(fā)生；通過介質(zhì)雷達(dá)傳感器平臺(tái)識(shí)別事故隱患，作出靈敏反應(yīng)并自主采取行動(dòng)，提供多重安全功能的同時(shí)降低成本。
評(píng)論