汽車電源設計需要考慮的問題資料下載

選擇汽車電源集成電路時，常常忽視的不是數據表上的規格，而是元器件在最終設計中的工作方式。這是因為數據表中涵蓋了集成電路的性能，但并沒有說明元件如何在閉環系統中工作，以及如何與系統中的其他元件相互作用。在為汽車設計選擇前端電源時，這一點顯得尤為重要。與電池直接連接的電源需要效率高、尺寸小而且非常安靜。為什么要這樣呢？ TI的新型LM53635-Q1穩壓器不僅僅是一個轉換器，它還是采用對惡劣環境敏感的先進處理器和傳感器將變速箱、引擎和制動等汽車電動機械系統嘈雜、惡劣環境與高度復雜的電子控制單元（ECU）連接起來的電源調節電路。前端電源還需要管理雙電池和負載突降等故障和用戶情況。本文將說明在設計汽車電源時需考慮哪些問題，以及為了更好地管理挑戰需要為設計添加哪些功能。本文還將介紹TI的新產品36V、2.1MHz同步降壓穩壓器。 一輛現代汽車上有許多節約燃油的功能；其中一項功能就是啟停操作。當汽車排隊等候或者等紅綠燈時，汽車停下會激活啟停功能，關閉發動機以節約燃油。另一種稱為冷啟動的情況會對系統造成相似的電子負載。發動機的啟動會對系統產生很大的負載，引起電池電壓的下降。 在啟?；蚶鋯拥那闆r下，電壓會突然大幅下降，使降壓轉換器失去作用。在一些情況下，或許要在電路中使用升壓轉換器來支持系統。如果設計的電源支持電壓突然降低，就可以節省升壓的支出，以及與增加的元件相關的成本、空間和功耗。 接近100%的占空比、非工作時間非常短和低導通電阻高端場效應晶體管(FET)電阻的組合使得LM53635-Q1（見圖1）能夠在滿負載和全工作溫度范圍條件下支持電壓降至0.6V以下，同時為下游電源保持穩壓功能，而不增加設計的復雜程度。 圖1：LM53635-Q1電壓降 由于汽車中使用的線束日益復雜、系統中的ECU節點數量不斷增加等原因，提供低電磁干擾（EMI）的電源變得更加重要。每一個線束和ECU都會產生在汽車周圍傳播的噪聲，影響其他應用?？紤]到安全應用數量不斷增加，低電磁干擾功能也備受期待。TI在設計LM53635-Q1時采用了幾項技術來降低電磁干擾。 一項技術是根據LM53635-Q1調節和過濾使用的被動元件的最佳位置進行設計封裝布局。如圖2所示，使用的引腳使得高頻輸入電容（在開關節點兩側接地）呈對稱分布，GND與開關之間產生的電感降低，從而去除噪聲。 圖2：高頻CIN電容位置 另外，以特定的方式進行封裝，能夠去除封裝內部的寄生回路電感和電容，降低開關節點振鈴噪聲，開關節點振鈴是產生噪聲的主要原因（見圖3）。如果能在源頭上降低噪聲，則無需解決增加元件引起的問題。 圖3：LM53635-Q1的開關節點 降低系統噪聲的另一項技術是展頻，展頻能夠調節中心開關頻率（此案例中為2.1MHz），抑制諧波和子諧波。展頻，正如其名稱所示，對降低整體噪峰非常有效，但不會影響噪底。但是，因為展頻能夠處理高頻諧波，有助于滿足通常非常嚴格的原始設備制造商（OEM）的電磁干擾標準，使印刷電路板設計更簡單，降低濾波元件的尺寸和成本。 圖4為30MHz至108MHz頻帶的LM53635-Q1，左圖為展頻關閉，右圖為展頻開啟。 為滿足CISPR25第5類限制（最嚴格的規范）而消除300MHz至108MHz電磁干擾 圖4：使用展頻抑制高頻諧波 需要克服的主要挑戰之一是因空間限制和周圍環境造成的發熱問題。今天許多汽車設計常常集成到用于機械功能的已有的外形和尺寸當中，或僅僅集成到汽車設計的空閑空間中。后視鏡就是一個很好的例子。在過去，后視鏡是手動操作的簡單設備，但現在卻集成了越來越多的電子器件，實現照相機等新功能?？紤]到太陽照射熱和后視鏡的外殼材料（通常是塑料），印刷電路板上電子器件的溫度能達到105℃。電源要小到能夠管理集成的電子器件，同時還需要具備很高的效率，不會引起自身發熱。TI設計的LM53635-Q1效率高，能夠降低損耗，并以2.1MHz頻率工作，讓電源所需其他元件的尺寸盡可能小，從而管理熱量和尺寸問題。參見圖5。 圖5：LM53635-Q1以2.1MHz工作時的效率 保持質量對于汽車設計至關重要，在設計安全相關系統時尤其如此?？珊感酝强煽啃缘膯栴}之一。為了提高焊縫質量，可以使用多項技術；其中一項技術為可潤濕側翼。參見圖6?？蓾櫇駛纫硎窃诜庋b邊沿切割出空腔的工藝，使得引腳側能夠進行更多可視潤濕，便于光學檢測。該技術非常有用，因為無需對封裝進行X射線檢測即可確保焊接充分，同時保障了焊縫的完整性。 圖6：LM53635-Q1使用的可潤濕側翼工藝 正如本文前面強調的，在設計汽車電源時還需要考慮很多問題，需要考慮為設計增加哪些功能使所面臨的挑戰更易于管理。只有理解這些問題后，才能實現更快速的設計、更小的解決方案和更低的成本。 (mbbeetchina)