智能充電汽車系統(tǒng)中的電源問題解決方案

然而，實(shí)施啟停系統(tǒng)給汽車電子設(shè)備 （E/E） 制造商帶來了幾個(gè)問題。交流發(fā)電機(jī)是安裝在引擎蓋下的發(fā)電機(jī)，它為 E/E 供電并為鉛蓄電池充電。由于交流發(fā)電機(jī)是由內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的，因此在停止啟動(dòng)中的 E/E 會(huì)遇到功率使用限制和暫時(shí)的電壓下降。

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在紅綠燈處停止工作，同時(shí)交流發(fā)電機(jī)也停止工作時(shí)，會(huì)出現(xiàn)用電限制。因此，E/E 的功耗受到嚴(yán)格限制，因?yàn)樗鼈儍H由鉛電池供電。

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)再次開始工作時(shí)，會(huì)出現(xiàn)暫時(shí)的電壓下降。交流發(fā)電機(jī)也重新開始工作。由于交流發(fā)電機(jī)在啟動(dòng)時(shí)會(huì)從鉛電池中汲取大量電流，因此 E/E 會(huì)遭受暫時(shí)的電壓下降——在紅綠燈處重新啟動(dòng)時(shí)電壓通常會(huì)下降到 6 V。最嚴(yán)重的下降（稱為冷啟動(dòng)，可下降至 3 V）發(fā)生在發(fā)動(dòng)機(jī)油因寒冷天氣變稠時(shí)。

圖 1.汽車智能充電子系統(tǒng)的典型實(shí)現(xiàn)。

為了解決這兩個(gè)問題，E/E 設(shè)計(jì)人員通常會(huì)實(shí)施本身會(huì)引入其他問題的解決方案。例如，原始設(shè)備制造商 （OEM） 可以通過在交流發(fā)電機(jī)關(guān)閉時(shí)關(guān)閉一些 E/E 來限制 E/E 操作以節(jié)省電力。然而，這意味著失去了一些功能，并且可能會(huì)讓司機(jī)感到不舒服。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元 （ECU） 發(fā)現(xiàn)電池電量不足時(shí)，它不會(huì)關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)以保持交流發(fā)電機(jī)開啟，從而導(dǎo)致 CO 2排放量增加。OEM 還可以選擇安裝笨重且昂貴的組件來承受電壓降。例如，通常會(huì)安裝一個(gè)低通濾波器以在重啟期間維持電源電壓，但該濾波器通常很大且成本很高。

這些傳統(tǒng)方法的替代方法是使用 降壓-升壓開關(guān)模式電源管理 IC ，例如賽普拉斯 S6BP202A。降壓-升壓方法從下降的電池電壓生成電源軌。因此，即使電池電壓降至 2.5 V，電源管理 IC （PMIC） 也能夠產(chǎn)生 5 V 電源軌，而無需笨重且成本高昂的低通濾波器（圖 2）。因此，可以更頻繁地關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)和交流發(fā)電機(jī)，從而減少二氧化碳排放。由于 PMIC 自身消耗的功率很小 （20 μA）（圖 3），因此它允許在有限的功率容量?jī)?nèi)進(jìn)行更多基于 E/E 的工作。

圖 2.即使電池電壓低至 2.5 V，降壓-升壓開關(guān)模式 PMIC 也可以維持 5 V 電壓軌。

圖 3.降壓-升壓開關(guān)模式電源管理 IC 僅消耗 20 μA。

過去，降壓-升壓開關(guān)模式電源系統(tǒng)尚未用于汽車應(yīng)用。然而，為消費(fèi)類應(yīng)用開發(fā)的升降壓技術(shù)的進(jìn)步為汽車應(yīng)用打開了大門。無縫開關(guān)技術(shù)可抑制從降壓模式到升壓模式以及從升壓模式到降壓模式的狀態(tài)變化中的電壓變化。對(duì)功率效率的推動(dòng)導(dǎo)致低靜態(tài)電流。集成的精確電壓監(jiān)控器提高了系統(tǒng)可靠性，并且在 2 MHz 開關(guān)頻率下運(yùn)行可確保子系統(tǒng)不會(huì)干擾 AM 無線電。最后，工廠預(yù)設(shè)電壓降低了由污染和/或冷凝引起的電壓變化風(fēng)險(xiǎn)。

總結(jié)這篇文章，考慮一個(gè)典型的中檔儀表組（圖 4），它包括幾個(gè)儀表（例如，速度表、轉(zhuǎn)速表等）、一個(gè)段式 LCD（例如，行程表）、一個(gè)蜂鳴器、一些信號(hào)裝置和通信接口（例如，CAN）。儀表板配備 S6BP202A 作為 PMIC 和 S6J3120 微控制器 （MCU）。

盡管電池電壓可能會(huì)在 + 2.5 V 至 + 42 V 之間變化，并且汽車可能會(huì)遇到北極天氣 （-40 °C） 或酷熱 （+125 °C），但 S6BP202A 仍會(huì)持續(xù)產(chǎn)生穩(wěn)定的 +5 V 電源軌適用于所有條件下的 S6J3120。

圖 4.典型的中低集群系統(tǒng)

作者：Leona Okamura，Yukinori Maekawa

審核編輯：郭婷