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轿车混合电源将静态电流降至最低

     汽车系统常供电电源的共同挑战是保持足够低的静态电流,以满足汽车制造商的要求,同时保持高能效、低输入 电压,符合成本和空间要求。为满足这些要求,许多汽车系 统采用低静态电流的线性稳压器。虽然这

     轿车体系常供电电源的一起应战是坚持足够低的静态电流,以满意轿车制造商的要求,一起坚持高能效、低输入 电压,契合本钱和空间要求。为满意这些要求,许多轿车系 统选用低静态电流的线性稳压器。尽管这种线性稳压满意大 部分要求,但其固有的低功特性效按捺了它在负载电流添加 和低电压状况下的选用。在线性稳压器中,器材功耗与输出

图1  线性稳压器温度上升  
功率成正比例。当功耗添加到达拐点时,在给定的环境温度 下,结温到达肯定最高水平(图1)。高于这个水平可靠性会 受到影响,此刻开关电源(SMPS)成为必要。传统开关电源 尽管可契合能效要求,但一般不契合低静态电流要求。但 是,混合电源可解决这一应战。
混合电源集成开关电源和低静态电流线性稳压器并将
它们并联,这种形式结合了两个计划各自的长处,削减大多数缺陷。作业原理很简单:在体系唤醒状况,负载电流较高
时,启用开关电源,禁用线性稳压器(开关电源形式);在系 统休眠状况下,负载电流时,禁用开关电源,启用线性稳压 器(低压降稳压器LDO形式)。检测负载电流水平的%&&&&&% (IC)主动履行(图2)。
架构的优点是,输出功率较高时,高能效开关电源工

图2  混合电源框图
作,输出功率较低时,低静态电流线性稳压器作业。开关电
源形式可完成超越90%的典型能效,低静态电流线性稳压器 形式可完成最大39 μA的静态电流。
从开关电源形式转化到低静态电流LDO形式,会引起 输出电压,但活动巨细可由输出电容操控,使输出电压坚持 在可接受的范围内,不会发生复位(图3)。
现代轿车体系支撑低输入电压以满意“冷启动”或越 来越遍及的“启停”要求。这在开关电源形式中特别重要, 最大占空比约束了最低输入电压。具有高边PMOS的开关电 源可到达100%的占空比,低输入电压形式的仅有妨碍是高 边开关的压降和IC的内轨电压要求。可是PMOS开关电源也 有坏处:PMOS开关电源的单元面积比较具有相同导通电阻 的NMOS更大,导致更大的裸片面积,这意味着高边开关的压降更大。NMOS开关电源需求自举升压(至少添加3个外部
元件)来坚持NMOS开关门极电压高于电源电压以支撑更低 的输入电压。升压凭仗充电电容为门极传输电能,自举电容 需求最少的时刻常数来充电,供给最大占空比约束。开关电 源的架构可作恰当调整以改善这种状况,特别是高频开关电 源;例如,开关频率可在低输入电压条件下提高,添加最大

图3  安森美半导体的NCV891330形式转化;Vin=13  V, Vout=5.0 V, Iout=20 mA to 2.5 A in 1 A/µS
占空比而无脉冲跳动。有些轿车体系能够监测输入电压,低 于阈值电压时将履行减载,削减体系功用减小负载电流。当 然,更低负载电流导致开关电源高边开关的压降更低。安 森美半导体的NCV891330便是集成NMOS开关电源的混合电 源,经过添加最大占空比运用频率提开(至500 kHz)来完成 低输入电压。具有5.0 V的输出和0.5 A的负载,可在IC输入引 脚完成5.34 V的输入电压。
完成低静态电流的一个代替计划,不是运用混合电源 或线性稳压器,而是运用具有调制方法的开关电源,如具有 可变关断时刻的迟滞或突发形式转化器。这样的转化器在轻 载条件下一般运用一个“猝发”脉冲开关然后一个较长的关 断时刻开关,关断期间,负载完全由放电输出%&&&&&%供电。由 于门极驱动电路等在延伸关断时刻期间被禁用,静态电流可 减至最小。
这种开关电源的静态电流或许等于或低于混合电源。 可是,无论是在轻载仍是在静态条件下,更低的总输入电 流 取 决 于 突 发 模 式 的 总 能 效 、 负 载 电 流 和 静 态 电 流 。 例 如,12 V输入、5.0 V输出、100 μA负载电流和39 μA静态电 流 的 混 合 开 关 电源 ( 如 安 森 美 半 导 体 的NC V891330), 将 有 1 3 9 μ A 的 输 入 电 流 ( 表 1 ) 。 但 是 , 1 2V输入、5.0 V输出、100 μA负载电流和40 μ A 静 态 电 流 的 低 静 态电流开关电源,轻 载能效却低于35%, 将有 1 5 9 μ A 的 输 入 电流,较混合电源高14%(表2)。

此外,这种迟滞 调制方法将导致可变 的关断时刻,这同等
于每个周期的时刻可变;换言之即频率可变。频率成为电感值、负载电流和占空 比的函数,因此不再是一个可直接操控的值。不知道的根本频 率会发生不行预知的电磁光谱呼应,假如不知道根本频率, 其辐射将难以按捺。
关 系 到 迟 滞 和 突 发 模 式 拓 扑 结 构 有 一 个 频 率 可 变 的 输 出 纹 波 电 压 , 其 频 率 可 变 , 且 高 于 采 用 传 统 脉 宽 调 制 (PWM)技能的开关电源。选用PWM操控的混合电源将发生 较低的输出电压纹波。
总归,混合电源的完成供给低静态电流,一起坚稳健 载时的高能效、低输出电压纹波。可猜测的电磁辐射和支撑 低输入电压。低静态电流线性稳压器依然适用于轻载,但不 适用于具应战性的热环境中的重载使用。低静态电流开关电 源有时可供给较低总输入电流,但其静态电流和轻载效应慎 重剖析。
安森美半导体的NCV891330是混合型开关电源/低压降
稳压器电源。它集成3 A的2 MHz、非同步的、输出电流达 PWM转化器以及最大静态电流的39 µA、能输出50 mA电流 的线性稳压器。它有出厂固定的输出电压挑选,内部补偿并 配有复位和使能引脚。NCV891330选用SOIC-8 EPAD封装, 是混合电源%&&&&&%系列的成员,具有不同特性和封装挑选。

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