雖然駕駛室內的汽車數據和顯示奪人眼球，但幕后的電源管理對實現可靠、高效運作卻至關重要。
現今的汽車設計中有一項很有諷刺意味的事情：能源效率越來越高，但其承載的電氣要求卻越來越多。這些要求包括了從一系列安全相關功能到車內舒適性、連通性和娛樂功能的方方面面，例如基本的AM/FM收音機、衛星無線電、多媒體系統接口、GPS、蜂窩支持、Bluetooth®、互聯網/Wi-Fi®等等。
圖1. 光鮮的汽車中控臺幕后是復雜的電路和系統互連，所有這些都要求穩固的直流電源以及先進電源管理的支撐。
其中許多電子子系統都位于所謂的“無線音響單元”中（圖1）。無線音響單元是用戶中控臺和儀表板的核心部分，其中包含了各種顯示、信號連接功能、用戶界面和內部電子部件，或者是這些部件的連接集合點（圖2）。這個儀表艙位可能集成了多達8到10個主要子系統。所以，這是提供多個直流電源以及處理散熱的關鍵位置。
圖2. 汽車中控臺背后的車載無線音響單元支持的大量復雜功能。
無線音響單元電源挑戰
與許多復雜的子系統一樣，無線音響單元設計必須平衡相互沖突的電源要求和限制。一方面，需要為處理器、存儲器、顯示屏等提供電流大小不一、非常穩定的電壓。這些DC-DC調節器必須具有較高效率，將電源子系統引起的溫升降至最低，包括調節器本身及其支持的電子器件。其中許多調節器在提供維持關鍵電路工作（無鑰匙進入、時鐘、報警，以及部分存儲器功能）所需的幾個毫安電流時，也必須具有較高效率。當汽車表面上“關閉”幾天甚至幾周時，這尤其關鍵，使汽車電池設計不會放電至低于下次啟動所需的電量。
除這些基本的挑戰之外，還有汽車的電氣和熱環境。盡管在原理上汽車是由電池供電的，具有穩定、純凈的直流源，但現實完全不同。汽車的基本直流電源噪聲較高，在啟動（冷啟動）時具有較大、突然的壓降，會使電壓下降至標稱值的一半。在極端情況下，負載突然斷開時，電壓軌會產生尖峰脈沖（稱為“拋負載”），造成高達42V的瞬態（圖3）。
圖3. 標稱12VDC電池電源實際上是一個復雜并且一定程度上有害的電源，如以上電壓與時間特性圖所示，其中：a）拋負載浪涌；b）：冷啟動電壓。
因此，通常由標準鉛酸電池提供、容限較小的標稱12.6VDC電源實際上具有較寬的靜態和動態擺幅，使調節功能的設計變得更加復雜。所以，設計的調節電路必須能夠承受這些瞬態效應，即使發生這種情況時也能正常工作。
在惡劣的汽車環境下，還有另外一項考慮事項：電磁干擾（EMI）。車內的RF電噪聲非常多，其中部分來自于內部，部分則來自于外部環境；必須嚴格要求包括電源子系統的所有電子功能所產生的最大EM （幅值和頻譜），以及對周圍EMI的抗干擾性要求。
除了眾所周知的汽車基本電源問題之外，還有一個新問題： 越來越多的汽油引擎汽車采用“啟停模式”，以降低油耗。在停車標示以及等紅燈或類似情況時，關閉引擎；然后當駕駛員踩下油門踏板時，在幾分之一秒內重新啟動引擎，將空轉油耗降至最低。然而，汽車每次停止后再重新啟動，重復性地對電氣系統造成拋負載和瞬態；而在走走停停的交通環境下，這種現象非常頻繁。
如果這些情況不足以擔心的話，那么所有這些電子問題所帶來的是一項非電氣但卻與之密切相關的嚴重問題：音響單元的熱環境；在外部溫度高達+85°C （185°F）以及內部溫度高達+105°C （220°F）的環境下，必須正常工作。存在兩方面的問題：調節器發熱對音響單元的總體熱負載產生影響（對單元內的其它電路不利），同時調節器本身又必須在高溫下正常工作。
本文選自電子發燒友網7月《汽車電子特刊》Change The World欄目，轉載請注明出處！
工商網監
用戶評論（0）