汽車電子電源管理與供電系統(tǒng)的解決方案

電子設(shè)備在汽車上的諸多應(yīng)用，造成車用電源管理與供電系統(tǒng)變得更為先進(jìn)與復(fù)雜，使得電源管理的問題便成為汽車設(shè)計端的最大挑戰(zhàn)。

若在同一時間于汽車上搭載2個以上的電子設(shè)備，將對汽車的電力、動力的消耗與其它能源的耗損造成不小的負(fù)擔(dān)；因此，汽車對于電能功耗的要求越來越嚴(yán)苛。車用電子設(shè)備都需要高效率、節(jié)省空間，且能在高電壓下輸出大電流的電源，但問題是高電壓、大電流的單芯片降壓型轉(zhuǎn)換器，并不能控制所需的負(fù)載電流。其實嚴(yán)格來說，這都要歸咎于汽車主體本身及附加電子系統(tǒng)對性能的需求，而這些要求與傳統(tǒng)汽車對性能要求有很大的改變。

在面對到汽車電能問題時，汽車設(shè)計工程師會先分門別類的將不同的系統(tǒng)功能分別考慮、設(shè)計，比方說：先進(jìn)式的電子式引擎、發(fā)電機、行車計算機、安全控制系統(tǒng)與DVD多媒體影音系統(tǒng)，先以獨立式方式設(shè)計，最后再進(jìn)行整合的動作。就目前來說，今天所生產(chǎn)的中階到高階的汽車大部分都有搭載DVD技術(shù)為基礎(chǔ)的GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)；不過，設(shè)計這種能夠處理不同電壓網(wǎng)關(guān)的電源供應(yīng)系統(tǒng)，其復(fù)雜程度和設(shè)計筆記本電腦電源供應(yīng)系統(tǒng)一樣困難。因此，開發(fā)出新的應(yīng)用技術(shù)，可將車上的電源管控在最佳的范圍之內(nèi)，讓汽車上的電子儀器設(shè)備能在車輛行駛的第一時間就能發(fā)揮最佳狀態(tài)。

安森美半導(dǎo)體─NCP5810

NCP5810是1款具2W雙輸出直流／直流轉(zhuǎn)換器，提供正負(fù)輸出電壓。該組件的輸出電壓精確、高轉(zhuǎn)換頻率和小尺寸封裝。由于汽車電子對于供電電壓的變化很敏感，NCP5810提供只有1%電壓容差和快速線路瞬態(tài)響應(yīng)的精確回受電壓，而且在輸入電壓波動為500毫伏（mV）時，瞬態(tài)過沖電壓僅為4 mV。

NCP5810本身在1.75兆赫（MHz）振蕩器頻率下整個電源效率高達(dá)85%的特點，NCP5810雙輸出直流-直流轉(zhuǎn)換器提供優(yōu)異的效能表現(xiàn)。為了互補AMOLED顯示屏纖薄的外形，該轉(zhuǎn)換器可轉(zhuǎn)換至1.75 MHz的高頻，可使用體積較小的電感器和陶瓷輸出電容器。其0.55 mm厚的超薄封裝，使NCP5810用于較薄的汽車電子產(chǎn)品的設(shè)計中，它在關(guān)機模式下的斷電功能，將顯示漏電流限制在1微安（uA），節(jié)省關(guān)機狀態(tài)下的汽車電瓶的電源。

Linear Technology─LTC2970

LTC2970是專為高可用性系統(tǒng)之電源供應(yīng)數(shù)字管理，而設(shè)計的雙組I2C 電源供應(yīng)監(jiān)控及余裕控制器，為了讓汽車電子所使用的數(shù)字電源管理提供數(shù)字與模擬能夠有最佳化的結(jié)合。其I2C 數(shù)字接口、14位ADC、高精準(zhǔn)參考及電流輸出DAC，提供數(shù)字電源供應(yīng)設(shè)計者所需：模擬電源供應(yīng)的數(shù)字控制。 LTC2970 幾乎能夠與汽車上的任何電源供應(yīng)配合，以1個模擬控制回路提供輸出電壓及快速瞬變響應(yīng)平順的控制，使設(shè)計者能選擇出最佳化的DC-DC 轉(zhuǎn)換器。

LTC2970優(yōu)越的精準(zhǔn)度，整合所有必要的功能于一個緊密的4mm x 5mm QFN 封裝中，并使其于寬廣范圍操作條件下，能精準(zhǔn)地控制每個電源供應(yīng)的輸出電壓。此外，使用者可組態(tài)的錯誤監(jiān)控，通過對系統(tǒng)主機提供故障發(fā)生前的初期警告提高可靠性。LTC2970的架構(gòu)，被選定用于電源供應(yīng)噪聲的平均化處理，如此使 LTC2970 能忽略快速變化的瞬時訊號，其DAC 輸出之負(fù)載點接地參考，減少了可能發(fā)生在遭受接地端反彈的電源系統(tǒng)之錯誤；通過選擇2個電阻值，使用者能選擇適合的分辨率，以提供1個重要的硬件范圍限制，當(dāng)超過這個范圍時，電源供應(yīng)便無法被驅(qū)動。

德州儀器－TPIC74100-Q1

這款DC/DC轉(zhuǎn)換器TPIC74100-Q1可在1.5V到40V之間進(jìn)行廣泛的輸入電壓范圍內(nèi)運作，而不需要再外接組件使設(shè)計更為簡化。該組件并建置了一個頻率調(diào)變器與可調(diào)整回轉(zhuǎn)率，可將系統(tǒng)內(nèi)的電磁干擾(EMI)降到最低，并可自動切換升降壓模式以提供5V穩(wěn)定調(diào)整輸出電壓。

TPIC74100-Q1其它關(guān)鍵特色，包含：切換模式調(diào)整器，在正常模式為-5V +/-2％，低功率或交越模式為-5V +/-3％；440kHz (典型)的切換頻率位在AM頻帶之外；輸入運作范圍1.5V到40V，1-A負(fù)載電流能力，最低到2V輸入的200mA負(fù)載電流能力，最低到1.5V輸入的120mA負(fù)載電流能力。 該組件具備關(guān)閉與低電運作模式可優(yōu)化省電功能，具有突波消除定時器與可編程延時功能的重設(shè)功能，可增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性；具備可編程警報功能提供電壓過低偵測與指示功能，可針對高效散熱管理設(shè)計的強化熱導(dǎo)封裝。

富士通微電子－MB39C014、MB39C015

MB39C014和MB39C015的工作頻率設(shè)定在固定的2MHz（MB39C014 亦可設(shè)定3.2MHz），通過同步整流方式，不但轉(zhuǎn)換效率高，也由于搭載了高性能內(nèi)置MOS管，非常有效的降低了波紋噪音和開關(guān)噪音的影響。并且由于內(nèi)置了電壓監(jiān)測電路，可選擇監(jiān)測電源電壓或者輸出端電壓。

電流控制模式與電壓控制模式相比，電流控制模式在負(fù)載變化時的瞬態(tài)響應(yīng)性能非常優(yōu)秀。而且相位補償時也無需外置任何電阻或電容，大大減少了IC 周圍零部件數(shù)量，幫助設(shè)計人員減少設(shè)計工序，有效的降低BOM 成本。而且由于采用了電流控制模式，持續(xù)監(jiān)測電流狀況，無需再內(nèi)置軟啟動和短路保護(hù)等功能。通過控制DAC 可以對輸出電壓進(jìn)行設(shè)定，也可通過電阻分壓來調(diào)節(jié)內(nèi)部電壓以達(dá)到設(shè)定數(shù)出電壓的目的。另外MB39C015 還內(nèi)置了溫度保護(hù)功能，UVLO 等保護(hù)功能，也適合應(yīng)用在汽車上的DVD影音播放設(shè)備上。

亞德諾－ADP1864

ADP1864可提供電流模式的定頻降壓，能提供5A的分布式電力系統(tǒng)所需的高輸入電壓，并將輸入電壓延伸至14V；該組件采用薄型小尺寸晶體管封裝格式，其成本比同級產(chǎn)品節(jié)省了40％。由于具備14V輸入范圍，ADP1864能為電路設(shè)計能帶來更多彈性，適合低成本的12V磚墻電源，或是需要超過10V輸入電壓的系統(tǒng)。其內(nèi)部的參考電位采用ADI的封裝調(diào)整技術(shù)，其準(zhǔn)確度較同級產(chǎn)品高三倍，整體系統(tǒng)調(diào)節(jié)誤差預(yù)算也因此減少到5%的隨溫度變化率，其1mV/A負(fù)載電力調(diào)節(jié)能力則為競爭者的2倍。ADP1864其它的功能，包括：內(nèi)部暖開機、短路保護(hù)、輸出過壓保護(hù)、輸入欠壓保護(hù)，以及可程序化電流限制等。電流模式控制提供快速且穩(wěn)定的負(fù)載瞬變性能，而580kHz的作業(yè)頻率能減少電路板電感器的體積，釋放出更多寶貴的電路板空間。

奧地利微電子－AS1322

AS1322是采用小型6接腳TSOT封裝的同步高效升壓 DC-DC轉(zhuǎn)換器，以擴展其 DC-DC轉(zhuǎn)換器系列產(chǎn)品。AS1322可由一個輸出電壓范圍在 2.5 至 5V 之間，而當(dāng)電壓為 3.3V 時，AS1322能供應(yīng) 150m A 的輸出電流，AS1322都能夠滿足上述需求。新組件結(jié)合1個能在 0.85V 低輸入電壓下運作并采用薄型TSOT23封裝的1.2 MHz定頻同步升壓轉(zhuǎn)換器。即使在輸入電壓低時，新組件仍可提供高輸出電流，因此 AS1322是單電池應(yīng)用的最佳選擇。由于AS1322使用超薄型的電感器和陶瓷電容器；因此，1.2 MHz的固定開關(guān)頻率可大幅減少電路板的使用面積，該組件有省電變量和定頻變量2種型號。

在輕載的情況下，AS1322A可提供自動省電作業(yè)功能，即是只要輸出電壓在調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，就能將組件切換至待機狀態(tài)，進(jìn)而提高效率。該功能有效將 AS 1322A的功耗降至30μA，可大幅度延長電池使用壽命。并可透過中斷模式下的電感器衰減，抗震鈴控制電路可以減少 EMI干擾。另一方面， AS1322B 能在輕載下維持定頻作業(yè)，成為如移動通訊等需要能輕易預(yù)測和過濾輸出噪聲應(yīng)用的理想解決方案。因此，AS1322 非常適合使用于車載式GPS接收器和其它手持設(shè)備，這些應(yīng)用都要求在最小的空間內(nèi)延長電池的工作時間。

Primarion－PX7522

PX7522可以配置成提供2個獨立的穩(wěn)壓輸出，或者在單輸出模式下的雙相位輸出，支持DCR和RDSon電流感應(yīng)拓樸結(jié)構(gòu)，0.5V到8V的寬輸出范圍。該組件是高度可配置的控制IC，利用PMBus和內(nèi)建非揮發(fā)性內(nèi)存，可以實現(xiàn)更廣泛的用戶友好的控制和實時系統(tǒng)監(jiān)測。

PX7522的控制功能利用了數(shù)字技術(shù)，提供了適應(yīng)性強、穩(wěn)定且靈活的解決方案。該組件整合了產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)I2C PMBus串行接口用于控制和監(jiān)控，可以讓電源設(shè)計師快速地最佳化設(shè)計并實時監(jiān)測系統(tǒng)性能。利用這些配置，控制器可以實現(xiàn)實時地對設(shè)計師之前的配置設(shè)置進(jìn)行實時調(diào)節(jié)，因而準(zhǔn)確地最佳化性能，沒有存取外部內(nèi)存帶來的延遲問題。如果采用其它技術(shù)，很多這些可配置功能通常都需要1個外部微控制器。 工作在單個+5V電源上，開關(guān)頻率范圍為150KHz到1MHz，因為在單輸出工作模式下，相位之間準(zhǔn)確分配的特點，可以實現(xiàn)支持更高功率的多相位工作要求。PX7522透過內(nèi)部校準(zhǔn)實現(xiàn)很高的精密度，這種校準(zhǔn)是在啟動時內(nèi)部測試和糾正系統(tǒng)級電流感應(yīng)誤差源來實現(xiàn)的，可程序的電流感應(yīng)溫度補償允許設(shè)計者透過調(diào)節(jié)響應(yīng)，在溫度變化下獲得最高精密度。

AnalogicTech－AAT1162

AAT1162專門設(shè)計以操作于12V 輸入，并能提供1.5A 電流至5V或更低輸出。此新轉(zhuǎn)換器只消耗極低的115 μA靜態(tài)電流，可為廣泛的12V汽車工業(yè)的廣泛應(yīng)用，對于許多應(yīng)用、甚至是使用電瓶進(jìn)行供電的汽車電子系統(tǒng)來說，其大部分使用壽命是花費于從電源所消耗的毫安或微安培電流待機模式。AAT1162的極低靜態(tài)電流大幅降低了系統(tǒng)的總待機模式電流消耗， 因此能提升總電源效率，并使設(shè)計者能更容易地符合綠色認(rèn)證。

AAT1162的輸出電壓可固定或調(diào)整于0.6V 至VIN間，效率位準(zhǔn)范圍達(dá) 96％。整合式的PWM/light 負(fù)載模式可協(xié)助于整個負(fù)載范圍最大化效率。AAT1162可操作于800 kHz之高切換頻率，由于使用小型外部組件；因此，能使總解決方案尺寸縮減至最小。此新工藝由單芯片整合3V、5V及12V電壓之完全獨立CMOS 及高速互補雙載子晶體管、加上強固的30V DMOS 功率組件，其不需依賴高度復(fù)雜和昂貴的技術(shù)，如磊晶或高溫擴散，而使單晶、混合訊號及系統(tǒng)IC均能達(dá)到更高技術(shù)性及經(jīng)濟性。因此，透過ModularBCD 制造的組件，能比傳統(tǒng)工藝組件達(dá)到更高效率、更小尺寸，以及更高的整合性，同時能在廣泛的應(yīng)用在汽車DVD播放設(shè)備中。