以下是轿车电源架构在规划时需求遵从的六项基本原则。
1、输入电压VIN规模:12V电池电压的瞬变规模决议了电源转化IC的输入电压规模
典型的轿车电池电压规模为9V至16V,发动机封闭时,轿车电池的标称电压为12V;发动机作业时,电池电压在14.4V左右。可是,不同条件下,瞬态电压也或许到达±100V。ISO7637-1行业规范界说了轿车电池的电压动摇规模。图1和图2所示波形即为ISO7637规范给出的部分波形,图中显现了高压轿车电源转化器需求满意的临界条件。除了ISO7637-1,还有一些针对燃气发动机界说的电池作业规模和环境。大多数新的规范是由不同的OEM厂商提出的,不必定遵从行业规范。可是,任何新规范都要求体系具有过压和欠压维护。
图1 冷启动电压波形
图2 抛负载电压波形
2、散热考虑:散热需求依据DC-DC转化器的最低功率进行规划
空气流通较差乃至没有空气流通的运用场合,假如环境温度较高(> 30°C),外壳存在热源(> 1W),设备会敏捷发热(> 85°C)。例如,大多数音频放大器需求安装在散热片上,并需求供给杰出的空气流通条件以耗散热量。别的,PCB资料和必定的覆铜区域有助于进步热传导功率,然后到达最佳的散热条件。假如不运用散热片,封装上的裸焊盘的散热才能约束在2W至3W (85°C)。跟着环境温度升高,散热才能会显着下降。
将电池电压转化成低压(例如:3.3V)输出时,线性稳压器将损耗75%的输入功率,功率极低。为了供给1W的输出功率,将会有3W的功率作为热量耗费掉。受环境温度和管壳/结热阻的约束,将会显着下降1W最大输出功率。关于大多数高压DC-DC转化器,输出电流在150mA至200mA规模时,LDO可以供给较高的性价比。
将电池电压转化成低压(例如:3.3V),功率到达3W时,需求挑选高端开关型转化器,这种转化器可以供给30W以上的输出功率。这也正是轿车电源制造商一般选用开关电源计划,而排挤依据LDO的传统架构的原因。
大功率规划(> 20W)关于热办理要求比较严厉,需求选用同步整流架构。为了取得高于单个封装的散热才能,防止封装“发热”,可以考虑运用外部MOSFET驱动器。
3、静态作业电流(IQ)及关断电流(ISD)
跟着轿车中电子操控单元(ECU)数量的快速增加,从轿车电池耗费的总电流也不断增加。即便当发动机封闭而且电池电量耗尽时,有些ECU单元依然坚持作业。为了确保静态作业电流IQ在可控规模内,大多数OEM厂商开端对每个ECU的IQ加以约束。例如欧盟提出的要求是:100µA/ECU。绝大多数欧盟轿车规范规则ECU的IQ典型值低于100µA。始终坚持作业状况的器材,例如:CAN收发器、实时时钟和微操控器的电流损耗是ECU IQ的首要考虑要素,电源规划需求考虑最小IQ预算。
4、本钱操控:OEM厂商关于本钱和标准的折中是影响电源资料清单的重要要素
关于大批量出产的产品,本钱是规划中需求考虑的重要要素。PCB类型、散热才能、答应挑选的封装及其它规划约束条件实践受限于特定项目的预算。例如,运用4层板FR4和单层板CM3,PCB的散热才能就会有很大差异。
项目预算还会导致另一约束条件,用户可以承受更高本钱的ECU,但不会花费时刻和金钱用于改造传统的电源规划。关于一些本钱很高的新的开发渠道,规划人员仅仅简略地对未经优化的传统电源规划进行一些简略修整。
5、方位/布局:在电源规划中PCB和元件布局会约束电源的全体功能
结构规划、电路板布局、噪声灵敏度、多层板的互连问题以及其它布板约束都会约束高芯片集成电源的规划。而使用负载点电源发生一切必要的电源也会导致高本钱,将很多元件集于单一芯片并不抱负。电源规划人员需求依据详细的项目需求平衡全体的体系功能、机械约束和本钱。
6、电磁辐射
随时刻改变的电场会发生电磁辐射,辐射强度取决于场的频率和起伏,一个作业电路所发生的电磁搅扰会直接影响另一电路。例如,无线电频道的搅扰或许导致安全气囊的误动作,为了防止这些负面影响,OEM厂商针对ECU单元拟定了最大电磁辐射约束。
为坚持电磁辐射(EMI)在受控规模内,DC-DC转化器的类型、拓扑结构、外围元件挑选、电路板布局及屏蔽都非常重要。通过多年的堆集,电源%&&&&&%规划者研讨出了各种约束EMI的技能。外部时钟同步、高于AM调制频段的作业频率、内置MOSFET、软开关技能、扩频技能等都是近年推出的EMI按捺计划。