作者：Frank Dehmelt Mahmoud Harmouch
本文将介绍什么是启停体系以及轿车启停体系的先决条件，包含它的施行与优势。
燃油节约与 CO2 减排范围在 5% 至 10% 之间。跟着燃油价格的攀升，高二氧化碳排放税的进步，再加上政府对削减轿车排放量的要求，咱们需求选用各种办法来进步功率，下降排放。
高效节能、环保和低税率是轿车招引客户的特点特征。有很多选项可使这类轿车变得更经济。混合动力或电动轿车便是其间的两种选项，但本钱依然适当高。纯电动轿车需求快速充电和密布的充电站网络，而混合动力轿车则存在两个引擎的担负。
经过为汽油及柴油轿车施行启停技能，能够使能效显着进步 5% 至 10%。
启停是指可在轿车怠速时中止发起机运转的体系，例如在等交通信号灯时可削减排放量，进步燃油功率。只需踩手动档轿车的离合器或许主动挡轿车的加速器就能使发起机再次发起。在需求动力的状况下，假如轿车开端移动，或许需求制动压力。或许，假如 AC 单元耗电过多，发起时机主动重新发起。
启停施行需求一些先决条件。由于起动器运用愈加频频，因而在大多数状况下需求运用容量更大的电池。此外，常常运用发电机与起动器组合或许集成型起动器发电机 (ISG) 替代传统计划。这样可完结制动能量重复运用。因而，发电机需求支撑显着高于一般发电机的电流。起动器已适合该需求，因而需求增加支撑充电的电子器件，这一作业比较简单。
制动能量的重复运用有助于进步整体能效，由于在正常驾驭过程中需求较小的充电。不过，这还需求不同的电池特性来完结快速充电。此外，还需求传感发起机温度和外部温度等环境数据，其或许会在特定条件下阻挠启停。例如，假如发起机较冷，燃油功率就会比较低，并且发起所需功率也会比较高。
此外，启停还需求电池监控，由于较弱的电池无法完结重启。在这种状况下，启停功用会被禁用。假如发起机中止作业，那么由发起机皮带带动的水泵和空调等功用也会中止。要在启停过程中支撑这些功用的运转，需求运用电机替代皮带来驱动这些负载。(图 1)
图 1：轿车体系中电气负载及其电源的方框图
经过 DC/DC 降压转换器将电池电压降压为仪表板及信息文娱体系的电源。
低电池电压会影响降压转换器的输出以及这些电路板的电源。为保持稳定稳压的电源，有必要运用前置升压级。前置升压级的装备取决于所需的电源。
在发起过程中，起动器的高负载会导致电池电压大幅下降。关于冷发起而言，在翻开焚烧开关时，轿车的体系未加电，只需在发起机和发电机作业时才通电。
相反，在启停过程中，体系现已加电运转，不会因电源缺乏而复位。现在，信息文娱体系或高档驾驭员辅佐体系 (ADAS) 具有发起支撑，可防止电源呈现压降。
一般曲线一般按照 ISO7637-4 脉冲方式，但电压和继续时间会有改动(图 2)。
图 2：发起脉冲电压波形实例
依据 ISO7637-2 脉冲 4，电池在 5ms 内下降至 5V 至 6V 的最低电压(针对额外 12V 体系)，并保持该值达 40ms。然后，电压升至 6V 至 9.5V 并保持 20 秒，随后康复到正常电压值。
大部分原始设备制造商 (OEM) 的轿车发起装备都运用 ISO 脉冲的变形。一般初始压降愈加重要。
今日，不只能够找到低至 3.6V 的电压，并且电压进一步下降的趋势也很显着。压摆率和继续时间等守时参数也或许会有所不同。有些不只可在平整区增加振动或延伸初始脉冲，一起还可消除第二平整区，例如在支撑群众冷发起测验脉冲 (VW80000) 和戴姆勒克莱斯勒发起机发起测验脉冲 (DC-10615) 的状况下。
在任何状况下都要考虑从电池中罗致的电流。电源需求在 30W 范围内的信息文娱体系一般可从电池中罗致 2.5A 至 3A 的电流。假如电池电压降至 2V，那该体系会罗致超越 15A 的电流。因而，即便是在发起脉冲过程中，电子器件也需求保持稳定，以便完结继续作业。可用的不同解决计划有前置升压或升降压。
前置升压不只可为整个体系供给电源，并且还坐落电池与为处理器和音频供给电源的降压转换器之间。它只在发起时作业，在电池电压下降时需求自行激活。它答应极低的电池电压。但由于子体系需求升压的总电源原故，电流要求会十分高。因而，升压产品及其组件需求习惯这样的电流额外值。
运用分立式前置升压产品或 TPS43330-Q1 或 TPS43350-Q1 产品系列，可完结模块化解决计划。参加升压电路组件后可完结发起支撑。假如不需求发起支撑，可移除升压电路组件，无需对其他电源链进行任何改动。图 3 是一般架构，图 4 则是运用 TPS43330-Q1 的简化施行办法。
图 3：选用前置升压进行发起补偿
图 4：运用 TPS43330-Q1 完结一组前置升压及两组降压的简化施行计划
前置升压电路中最重要的规划是完结较高的带宽。需求满足的带宽，才能对电池电平的忽然改动作出及时呼应。这可在不接连电流形式下轻松完结。在不接连形式下，电感器峰值电流十分高，输入电容 RMS 电流也是如此。这需求极大的输入电容器，会对电路板空间发生晦气影响。要防止这个问题，升压电路应该为接连电流形式，但这会在环路中创立右半平面零点 (RHPZ)。RHPZ 会对电路带宽发生晦气影响。需求在高峰值电流与 RHPZ 之间进行权衡。
升降压解决计划可将上述两个电路级整合在一个稳压器中(图 5)。
图 5：运用升降压产品完结发起补偿
在降压形式下，晶体管 Q1 的占空比可设定电压 VOUT。晶体管 Q1 的占空比可在 10% 至 99% 之间改动，首要取决于输入电压。假如峰值电感器电流超越了设定的阀值，Q2 就会在这个周期内敞开(同步整流器)。不然，该电流会再次流经作为续流二极管的 Q2(异步整流器)。
同步或异步形式的查看需求按每个周期逐渐完结。要防止在 Q1 与 Q2 之间呈现穿插传导电流，在封闭 Q1 和翻开 Q2(或相反)时应引进固有推迟。在降压形式下，晶体管 Q3 不需求，可封闭。可翻开晶体管 Q4，以下降功耗。
这种装备可完结最佳功用，并且在任何形式下，VOUT 都可在 3% 的容差内稳压(图 6)。
图 6：运用 TPIC74100-Q1 完结升降压的简化施行计划
第三种办法是运用降压转换器为整个体系完结低电压，例如 3.3V(图 7)。此外，它还可为一个小型升压转换器供电，然后可为几个依然需求较高电压的功用供给电源。
图 7：运用一个降压及一个升压电路的发起补偿
在大多数状况下，大部分体系都需求 3.3V 或更低的电源电压。处理器一般支撑 1V 电源，存储器支撑 1.35V、1.5V 或 1.8V，IO 电压大多为 3.3V 或 1.8V。在绝大多数运用中，只需少数几种状况需求更高电压，一般是 CAN 接口和一些传感器。只需最小发起电压支撑满足裕量，能让降压电路供给 3.3V(在某些体系中乃至更低)电压，这便是一种简练的办法，由于只需少数需求电压高于降压输出的组件需求进行升压。现在，相关组件能够更小、更廉价。该约束显然是最小发起电压。
图 8 是运用 TPS65310A-Q1 的简化施行电路，其答应低至 4V 的输入电压供给 3.8V 的暂时电压。例如，CAN 收发器的 5V 电压由升压器供给。
图 8：运用 TPS65310A-Q1 的简化施行计划：降压电路后接升压电路
表 1：三种体系的优缺点：
定论
总归，启停是一项优异的节油特性，比混合动力或纯电动轿车简单易行。因而，启停技能的运用越来越广泛。事实上下一步开展现已清晰：带巡航形式的启停体系，即当轿车静止不动以及制动和油门踏板都未踩下时将发起机封闭。例如，鄙人缓坡行进时，启停体系估计将会再节约 10% 的燃油，削减相应等级的排放。
