导言
在现在的轿车中，为了进步舒适度和行车体会而规划了座椅加热、空调、导航、信息文娱、行车安全等体系，从这些体系很简单了解在车中为各种功用供电的电子体系的优点。现在咱们很难想像只是 100 多年曾经的现象，那时，在汽油动力轿车中，一个电子组件都没有。在世纪替换时期的轿车开端有了手摇曲柄，前灯开端用乙炔气照明，也可以用铃声向行人宣布提示信息了。现在的轿车正处于彻底变成电子体系的接壤点，最大极限削减了机械体系的选用，正在成为人们日子中最大、最贵重的“数字化东西”。由于可用性和环保原因，以及进步内燃型、混合动力型和全电动型轿车行车安全的需求，商场逐渐削减了对汽油的依托，这正是“数字化”改变的驱动力。
跟着越来越多的机械体系被电子体系替代，功耗以及怎样监督功耗变得越来越重要了。精确监督电动型轿车的功耗最终会让司机心里更结壮。任何人只需驾驭了全电动型轿车，都有或许忧虑行车间隔问题，由于抵达目的地之前，轿车电池电量或许耗尽的问题无时不在。混合电动型轿车车主有依托汽油动力引擎行进回家的优势，而电动型轿车只能在充电站充电，眼下充电站稀疏，并且需求几个小时，电池才干充好电。因而接连、精确地监督每个电子子体系的功耗是很重要的。根据监督所得的信息，还可以主张正在路上行进的司机，节约电池电量以延伸行进间隔。断开闲暇模块与电源总线的衔接可以进一步节约功耗。监督子体系的电流和功率，还可以提醒有关车辆长时刻功用的任何反常趋势，猜测毛病以防毛病发生，标出需求发送给轿车修补店的服务恳求。诊断体系也可以从功率和能量监督中获益，经过毛病记载和无线数据拜访，可以快速调试，并削减修补费用和宕机时刻。
监督和操控功耗的几种办法
要监督电子体系的功耗，就需求接连丈量电流和电压。电压可以直接用模数转换器 (ADC) 丈量。假如 ADC 输入规模小于所监督的电压，那么或许需求一个电阻分压器 (图 1)。为了丈量电流，需求在电源通路中放置一个检测电阻器，再丈量其压降。如图 1 所示，跨导放大器将高压侧检测电压转换成电流输出，该电流流经增益设定电阻器，以发生一个以地为基准并与负载电流成份额以及合适馈送给 ADC 的电压。为了最大极限下降功耗，全标度检测电压约束为几十毫伏。因而，放大器输入失调需求低于 100µV。为了核算功率，有必要运用经过 ADC 数字接口拜访 ADC 数据的微操控器或处理器，以完结电压读数和电流读数相乘。要监督能耗，需求在必守时刻内累计 (相加) 功率读数。
图 1：丈量电源轨上的输入电压和负载电流 (检测电压)
为了开关电源，一般在轿车电路中会运用机电继电器。为了节约空间，会用 N 沟道和 P 沟道 MOSFET 等固态开关替代继电器，然后发生一切组件都在同一块电路板上、可以一致选用再流焊工艺拼装的 PCB 规划。P 沟道 MOSFET 经过拉低其栅极电平而接通，经过将栅极衔接至输入电压而断开。与 N 沟道 MOSFET 比较，P 沟道 MOSFET 在导通电阻相一起本钱更高，并且其挑选规模很窄，限于较大电流值 (高于 10A) 状况。N 沟道 MOSFET 是应对大电流的最佳挑选，可是需求充电泵，以进步栅极电压，使其高于输入电压。例如，12V 输入需求 22V 栅极电压，即 MOSFET 栅极要高出输入 10V。图 2 显现了一个电源开关电路的完结。
图 2：用 N 沟道 MOSFET 完结电源轨的接通 / 断开
常见的电源总线也需求针对短路和过载毛病供给维护，这类毛病或许在任何板卡或模块中呈现。为了完结电路断路器功用，可以比较图 1 中放大器的输出和一个过流门限，以断开图 2 中的栅极驱动器。这种计划替代了保险丝，由于保险丝反响速度慢、容限太宽且熔断后需求替换。为了节约电路板空间，人们期望在开关、维护和监督轿车电源总线中的功率活动时，选用集成式解决计划。
集成式电源操控与遥测解决计划
LTC4282 是一款可热插拔的操控器和电路断路器，供给能量遥测功用和 EEPROM (图 3)，凭仗立异性双电流通路特征，满意了大电流运用的需求。该操控器经过操控外部 N 沟道 MOSFET，可滑润地给大容量电容器加电，然后避免呈现输入电源搅扰以及电流到达破坏性水平，因而可保证电源在 2.9V 至 33V 规模内安全接通和断开。LTC4282 坐落通往电路板电源的进口，其精确度为 0.7% 的 12 位或 16 位 ADC 经过一个 I2C/SMBus 数字接口陈述电路板电压、电流、功率和能耗。内部 EEPROM 为寄存器设置和毛病记载数据供给非易失性存储，然后可在开发过程中及现场运转时，加快调试和毛病剖析。
图 3：具功率 / 能量遥测功用和 EEPROM 的 LTC4282 电路断路器
LTC4282 具精确度为 2% 的电流约束电路断路器，最大极限削减了过流规划，这在大功率时愈加重要。在呈现过流状况时，LTC4282 折返电流约束，以在可调超时时刻内坚持稳定 MOSFET 功耗。守时器到了守时时刻后，电路断路器断开毛病模块和共用电源总线的衔接。闲暇模块也可以断开与电源总线的衔接以节约功率。可以以数字方法装备的电路断路器门限答应随负载改变进行动态调理，方便了小电阻值检测电阻器的挑选。所监督电气参数的最小值和最大值都记载下来，当超越 8 位可调门限时，就宣布警示信号。为了避免给电路板形成灾难性损坏，这些 MOSFET 遭到接连监督，以发现反常状况，例如低栅极电压和漏-源短路或大的压差。
SOA 同享途径
尽管 LTC4282 操控单个电源，可是它为负载电流供给了两条平行的电流约束途径。选用传统单路操控器的大电流电路板运用多个并联的 MOSFET 以下降导通电阻，可是一切这些 MOSFET 都需求具有大的安全作业区 (SOA) 以安定承受过流毛病，这是由于不能假定并联的 MOSFET 在电流约束期间分管电流。别的，MOSFET 的挑选规模在较高的电流水平上变窄，价格走高，并且 SOA 的水平跟不上 RDS(ON) 的下降。经过把电流别离到两条精准匹配的电流约束途径之中，LTC4282 可保证两组 MOSFET 即便在过载状况下也将均分电流。关于 100A 运用，每条途径的规划电流限值为 50A，因而把 SOA 要求减低了一半，拓宽了 MOSFET 的挑选规模，并下降了其本钱。这被称为一种 “匹配” 或 “并联” 装备，由于两条途径是选用类似的 MOSFET 和检测电阻器规划的。
此外，LTC4282 的双电流途径还用于使 MOSFET SOA 要求与导通电阻脱钩。大的 SOA 关于发动浪涌、电流约束和输入电压阶跃等具有巨大应力的状况是很重要的。当 MOSFET 栅极彻底接通时，低的导通电阻可下降正常操作期间的电压降和功率损耗。不过，这些是存在抵触的要求，由于 MOSFET SOA 一般跟着导通电阻的改进而变差。LTC4282 答应选用一条具有一个能处理应力状况之 MOSFET 的途径，和另一条具有低导通电阻 MOSFET 的途径。这被称为一种分级起动装备。一般来说，在发动、电流约束和输入电压阶跃期间应力处理途径接通，而 RDS(ON) 途径则坚持关断。RDS(ON) 途径在正常操作过程中接通以旁路应力途径，为负载电流供给一条低导通电阻途径，然后削减电压降和功率损耗。视发动时 MOSFET 应力巨细的不同，有两种分级起动装备，即低应力 (图 4) 和高应力。高应力分级起动装备引荐用于 50A 以下的运用电流水平，而并联和低应力分级起动装备则引荐用于 50A 以上的运用。与单途径规划比较，最低的 MOSFET 本钱由低应力分级起动装备供给，价值是在瞬变状况下不间断运转的才能受限，并且不能运用负载电流完结发动。并联和高应力分级起动装备可发动一个负载并供给计时周期较长的毛病守时器，可在持续时刻较长的过载条件和输入电压阶跃状况下不间断地运转。
图 4a：低应力分级起动装备可为 >50A 的运用供给最低的本钱
图 4b：运用低应力分级起动装备完结发动：GATE1 首要接通以对输出进行涓流充电 (具有一个 2A 的低浪涌电流水平)。GATE2 在 SOURCE (输出) 变至高于电源杰出门限时接通。
定论
在曩昔 20 年，在动力转向、ABS 刹车、便利性、行车安全、文娱等功用的驱动下，轿车中选用的电子体系一直在快速添加。跟着轿车向全面互联和彻底自主行进的方向开展，电子体系的添加还会加快，这增大了对宝贵的电池功率的需求。细心的功耗监督加上封闭闲暇体系有望进步电池运用功率。经过供给电路板级电气数据，LTC4282 电路断路器减轻了丈量每个子体系的功率和能耗的担负，因而减轻了整个车辆功率和能耗的丈量担负。凭仗其新颖和可以以多种方法装备的双电流通路，LTC4282 极大当地便了大电流千瓦级电路板的规划，答应在同一规划中既供给很大的 SOA，又供给很小的导通电阻。
