一個(gè)針對eCall系統(tǒng)的完整低壓后備電池解決方案

緊急呼叫 (eCall) 系統(tǒng)是一個(gè)更新的電子子系統(tǒng)；你將在未來的幾年越來越多的見到它的身影。汽車安全標(biāo)準(zhǔn)的不斷增長已經(jīng)使很多政府調(diào)查對eCall系統(tǒng)的需要程度。在2018年，歐盟將要求在所有新出廠的車輛上安裝一個(gè)eCall設(shè)備。eCall系統(tǒng)將在出現(xiàn)嚴(yán)重交通事故時(shí)自動(dòng)與緊急情況聯(lián)系人取得聯(lián)系，并且將氣囊彈出、碰撞傳感器信息、以及GPS坐標(biāo)無線地發(fā)送至當(dāng)?shù)貞?yīng)急機(jī)構(gòu)。由于eCall系統(tǒng)是必須遵守嚴(yán)格規(guī)定的全新汽車子系統(tǒng)，一個(gè)完整且專用的電源參考設(shè)計(jì)會(huì)使其設(shè)計(jì)起來更加簡單。

我們來看一看圖1，具有低中間電壓的TI Designs汽車eCall電源參考設(shè)計(jì) (PMP9769.1) 中的每一個(gè)方框。

圖1：eCall系統(tǒng)由低壓后備電池供電的汽車eCall電源方框圖

后備電池選型

由于汽車已經(jīng)有一個(gè)12V電池了，后備電池的意義何在呢？想一想，如果沒有12V電池，而你又需要進(jìn)行緊急呼叫的話該怎么辦呢。eCall系統(tǒng)中沒有后備電池的話，什么都不會(huì)發(fā)生—沒有電話呼叫、GPS也找不到你、緊急救險(xiǎn)車輛也找不到你。你也許會(huì)被困數(shù)日，或者更糟。這也是后備電池在eCall系統(tǒng)中起到關(guān)鍵作用的原因：為了確保這個(gè)事關(guān)生死的系統(tǒng)的可靠性。

eCall參考設(shè)計(jì)用電壓通常在2.5V和4.5V之間的低壓后備電池滿足了eCall系統(tǒng)的需要。常見電池化學(xué)成分包括鋰離子、鋰聚合物、磷酸鐵鋰 (LiFePO4)，以及不同的鎳化學(xué)電池。三個(gè)鎳電池單元產(chǎn)生出一個(gè)處于合適范圍內(nèi)的電池組電壓，而只需一個(gè)鋰電池就可以產(chǎn)生出同樣的電壓。在成本、能量密度、尺寸和電池節(jié)電壓之間做出均衡后，磷酸鐵鋰電池可直接由參考設(shè)計(jì)中使用的bq25071 線性充電器和bq28Z610電量計(jì)提供支持。其它電源管理器件支持不同的化學(xué)成分，不過你必須找到最佳的電池管理解決方案來使用不同化學(xué)成分的電池。

汽車電池到5V電壓軌

任何汽車系統(tǒng)中的一個(gè)主要要求就是保護(hù)電壓較低的電子元器件不受主汽車電池的電壓偏移的影響。在系統(tǒng)使用一個(gè)較低電壓后備電池的系統(tǒng)中，12V標(biāo)稱汽車電池也必須降壓到一個(gè)更加可用、更加接近后備電池電壓的電平。這樣可以在不產(chǎn)生過多熱量的情況下實(shí)現(xiàn)高效充電。LM43603-Q1同步降壓轉(zhuǎn)換器能夠從汽車電池中生成一個(gè)5V系統(tǒng)電壓軌。雖然LM43603是一個(gè)36V輸入額定值器件，并且符合汽車應(yīng)用要求，它還支持2MHz以上的運(yùn)行，以避免AM無線電波段的干擾。

電源路徑選擇

這個(gè)電路確保了一個(gè)始終處于供電狀態(tài)的eCall系統(tǒng)，或者由LM43603-Q1（如果汽車電池可用），或者由后備電池供電。3個(gè)由TL331-Q1比較器控制的CSD25402Q3A p通道NexFET? 功率MOSFET為系統(tǒng)提供最高可用電壓。

電源路徑控制塊為系統(tǒng)中剩余的DC/DC轉(zhuǎn)換器供電。這些轉(zhuǎn)換器將中間電壓軌轉(zhuǎn)換為每個(gè)負(fù)載所需要的準(zhǔn)確電壓。

GSM模塊電源

全球移動(dòng)通信 (GSM) 子系統(tǒng)通常需要大約3.8V的電壓在汽車和蜂窩網(wǎng)絡(luò)間實(shí)現(xiàn)通信。由于后備電池電壓在這個(gè)電平周圍上下波動(dòng)變化，必須要有一個(gè)降壓-升壓轉(zhuǎn)換器。TPS63020-Q1降壓-升壓轉(zhuǎn)換器支持GSM所需的2A電流，以及2.4MHz AM無線電波段以上的開關(guān)頻率。

MCU電源

每個(gè)eCall系統(tǒng)都需要一個(gè)微控制器 (MCU)，對eCall子系統(tǒng)進(jìn)行看管和監(jiān)視，并且實(shí)現(xiàn)與汽車的通信。其它邏輯電路通常以同樣的電壓運(yùn)行，而這個(gè)電壓值通常為1.8V。由于這個(gè)電壓低于中間電壓軌電壓，你可以使用一個(gè)降壓轉(zhuǎn)換器。TPS62290-Q1是一款在2.25MHz AM無線電波段以上運(yùn)行的小巧、簡單降壓轉(zhuǎn)換器。

GPS模塊電源

GPS模塊需要5V電壓，但是電流要比GSM電源所提供的電流低。然而，中間電壓軌的電壓就是5V，所以還需要一個(gè)降壓-升壓轉(zhuǎn)換器。在設(shè)計(jì)中重新使用TPS63020-Q1可以將總體物料清單 (BOM) 數(shù)量保持在較低水平上。

音頻放大器電源

音頻放大器電源電壓和電流要求在很大程度上取決于音頻放大器的選型，以及車內(nèi)揚(yáng)聲器的位置。揚(yáng)聲器位置會(huì)對所需的輸出功率產(chǎn)生很大影響，而這也反過來會(huì)影響音頻放大器所需要的電壓和電流。在幾乎所有情況下，升壓轉(zhuǎn)換器在音頻放大器由低壓中間電壓軌供電運(yùn)行時(shí)為這個(gè)音頻放大器供電。

TAS5411-Q1音頻放大器提供高達(dá)8W的功率，并且接受高達(dá)18V的電源電壓。TPS61175-Q1升壓轉(zhuǎn)換器為音頻放大器提供9V電壓。TPS61175-Q1將升壓級集成到主功率MOSFET中，并且運(yùn)行頻率可被設(shè)定為高達(dá)2.2MHz，高于AM無線電波段。

這些是你為低壓eCall系統(tǒng)供電時(shí)所需要了解的全部內(nèi)容。你將如何使用具有低中間電壓的TI Designs汽車eCall電源參考設(shè)計(jì)來縮短你的設(shè)計(jì)時(shí)間呢？

審核編輯：郭婷