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轿车导航系统的功耗问题

现在,汽车制造商正不断地把越来越复杂的电子系统整合到汽车里。Allied Business Intelligence公司预测,汽车半导体市场的年销售额将从去年的123亿美元上升到2007年的170亿美

现在,轿车制造商正不断地把越来越杂乱的电子体系整合到轿车里。Allied Business Intelligence公司猜测,轿车半导体商场的年销售额将从上一年的123亿美元上升到2007年的170亿美元。另一家公司的战略分析员也提出相同的观念:关于现在一部一般的轿车来说,电子体系的本钱将占整部轿车的20%以上,可是,到2008年,这个比重将进步到30%。典型的车载电子体系包含:防碰击雷达、自适应巡航操控、轮胎气压监测、导航体系、免提式蜂窝电话和其他的无线连接,以及运用生物特征参数的接入。

一个明显的添加体现在DVD/HDD 导航体系上。第一部DVD/HDD导航体系是在1997年面世的,本年这类体系在全球的销量估计将超越1,300万台。关于任何类型的电子产品而言,轿车的环境依然是十分严苛的。要求较大的作业电压规模,加上很高的瞬变电压,温度改变规模很大,这些问题合在一起,对电子体系提出了巨大的应战。此外,对电子体系功用的要求也越来越高,并且,还需求能够为体系内的各个不同部件供应不同的电压。

现在所出产的大多数轿车中、高级轿车都把DVD全球定位导航体系作为轿车里的一个规范设备。可是,要在这样的体系里规划一个能够满意一切不同电压要求的电源,其杂乱程度和规划一个笔记本电脑的电源平起平坐。一个典型的导航体系至少需求六种电压:8V、5V、3.3V、2.5V、1.5V和1.2V。8V电压是用来给DVD马达供电的,它用于带动光盘旋转,在通常情况下,需求高达2A的峰值电流。5V和3.3V电压一般是供应体系总线的,它们都需求2A至 3A的电流。1.5V和1.2V电压分别是CPU内核和DSP内核的供电电压,这两路电压的功率一般在3W到5W之间。

一起,元器材的数量却在不断地添加,而可用的空间却越来越小。因为实际需求发散的热量太大了,很难把热量发出出去。因为空间受到约束,并且要求作业温度在必定规模内,所以,转化功率也就变得越来越重要。当输出电压很低而电流适中(约在几百毫安培以上)时,就无法简略地用一个线性稳压器来发生这些体系所需求的电压。所以,在曩昔的几年里,首要是因为在热量方面的约束,开关稳压器正渐渐地替代了线性稳压器。开关稳压器的长处是:功率较高,尺度较小,这些长处超越了它的杂乱性和电磁搅扰的问题。

关于计划在轿车导航体系中运用的开关稳压器来说,因为考虑到存在上述这些约束,那么,它就有必要具有以下这些功用和特色:

● 输入作业电压规模宽;
● 在整个较宽的负载规模内的功率高;
● 在正常的作业形式、待机形式和关机形式下,静态电流都有必要很低;
● 热阻小;
● 噪声和电磁搅扰都很小。

输入电压作业规模宽。任何开关稳压器的输入电压规模都有必要在3V至60V之间,只需这样,才干满意“冷启动”和“大负载”的要求。它还具有其他长处,即轿车体系既能够在14V的电压下运转,也能够在42V的电压下运转。此外,运用60V的额外电压的另一个长处是这样能够给14V体系留出一个空间,然后能够把电压操控在36V到40V这个规模内。再者,有了这个60V的额外电压,这个设备将来也就能够用于新的42V体系。也就是说,一个14V体系的规划能够很简略地升级到42V体系,不用重新做许多规划。

功率。关于大多数轿车体系而言,在一个较宽的负载规模内坚持较高的功率转化功率是很重要的。例如,关于输出电压为5V、负载在10mA到2.5A之间的运用来说,功率转化功率估计为85%。当电流很大时,内部开关有必要彻底饱满,在一般情况下,在电流为3A时,功耗为0.1W。为了进步轻载功率,能够下降驱动电流,或许让驱动电流与负载电流成份额。此外,还能够经过一个偏置引脚给内部操控电路供电,这个引脚能够用输出电压来供电。这运用了降压转化器的功率转化功率高的长处。偏置电流是由输出而不是由输入得到的,因此操控电路从供电电源吸收的电流就削减了,削减的倍数是输入电压与输出电压的比值。对输入电流源的要求。例如,当输出电压为3.3V,输出电流为100礎,这时需求从12V电压供应的均匀输入电流是30礎。这样削减了操控电路所需求的电流,然后进步了轻载时的功率。

静态电流小。轿车体系里的许多产品即便在轿车中止不动的时分也需求源源不断地供应电力。关于这些产品来说,一个重要的目标是静态电流要小。假如输出电流不低于100mA,那么,这个设备就一直在正常的开关形式下运作。当电流低于100mA时,开关稳压器有必要越过一些脉冲,坚持稳压效果。在两个脉冲之间稳压器能够进入深度休眠形式,在这个形式下,只对内部的一部分电路供电。在负载电流很小时,开关稳压器要自动地切换到猝发形式。在这个形式下,12V至 3.3V的转化器的静态电流会下降到100礎以下。在休眠形式下,内部参阅电压和电源正常指示电路依然作业,以监督输出电压。在关机状态下,静态电流应低于1礎。

热阻小。在抱负状态下,半导体结到外壳的热阻应该很小。假如器材反面的铜是暴露的,并且是焊接在印刷电路板的外表,那么,就能够经过这个印刷电路板把这个器材上的热量发出出去。现在常常运用的四层电路板,中心有一层是功率层,它的热阻在40℃/W的规模内。关于在周围温度较高的环境中运用的产品,它们热量传给金属外壳的导热功用很好,热阻挨近半导体结至外壳的热阻,通常是10℃/W,然后扩展了有用作业温度的规模。

噪声和电磁搅扰问题。开关稳压器发生的噪音比线性稳压器的大,可是,它们的功率高许多。在许多简略受噪音影响的产品中,只需开关电源的功用是能够预先知道的,那么,噪声和电磁搅扰的巨细是能够操控的。假如开关稳压器在正常形式下开关频率是固定的,在开和关时上升沿和下降沿也很洁净并且能够猜测,不存在过冲或许高频衰减振动,因此下降电磁搅扰。它的封装尺度小,作业频率高,能够把电路安置得很紧凑,很小,然后下降了电磁搅扰辐射。此外,假如这个稳压器能够运用等效串联电阻很小的陶瓷电容器,那么,就能够下降输入电压纹波和输出电压纹波,这是体系里的另一个噪声源。

明显,规划和开发这类开关稳压器并不是件简略的工作。可是,最新的一个高压直流-直流转化器的比如是电压能够到达60V的降压开关稳压器单片集成电路。它的输入电压规模为3.3V至60V(图1),当负载电流高达2.5A时,功率很高。在一切的输入电压、负载和温度条件下,参阅电压的精度为±2%。

在猝发形式下,它的静态电流低于100礎,合适输入电压为12V至3.3V的产品。这个器材选用厚度很薄的TSSOP封装,热阻十分小,合适尺度很小的规划。最终,它运用了电流形式电路,具有杰出的瞬态呼应,简略补偿,并且运用一种具有专利权的电路,在占空比为任何数值时坚持开关中的峰值电流稳定。它的开关频率是固定的200kHz,此外,这个产品能够同更高的频率同步。在整个轿车的温度规模内,它的稳压功用很好,并且供应电源正常信号/复位、软启动和 UVLO功用。这个电路是一个牢靠的、高功率的降压转化器解决办法,电流高达 2.5A,尺度很小,合适轿车运用。

虽然轿车导航体系的规划十分杂乱,并且需求高功用的模仿直流-直流转化器,可是,不用为此而忧虑。供货商正在推出一种“新一波”稳压器浪潮,它结合了很多必不可少的功用,把体系工程师从深重的电源规划作业中解放出来。

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