LinkSwitch-TN2Q集成了系統(tǒng)級保護功能,支持30-550VDC輸入
現(xiàn)代汽車中有許多電源。越來越多的電子電路需要自己的電源,這給設(shè)計人員帶來了功耗和成本障礙。新的安全功能、更多的信息娛樂選項、額外的駕駛員輔助系統(tǒng)等需要額外的電子設(shè)備。這些新電路的成本增加了研發(fā)工作和汽車價格。這些新電路的功耗會顯示在您的 MPG 和汽油賬單中。
過去的汽車信息娛樂系統(tǒng)主要基于 5V 和 3.3V 電壓電源。這是因為 12-14V 電池在汽車系統(tǒng)中很容易獲得,可以降壓到較低的電壓。然而,有幾個關(guān)鍵因素推動了信息娛樂系統(tǒng)、高級駕駛輔助系統(tǒng) (ADAS)和集群系統(tǒng)對低電壓操作的需求。
我們可能有過啟動汽車的經(jīng)歷,只是聽到咔噠聲而不是引擎轉(zhuǎn)動。這是由電池沒電引起的,盡管有很多原因?qū)е逻@種情況發(fā)生,但在大多數(shù)情況下,這是人為錯誤(有沒有人一夜之間把室內(nèi)燈打開?)。啟動汽車時也可能出現(xiàn)人為錯誤。
集群變得越來越大,以容納越來越多的駕駛員可用的數(shù)據(jù),并實時提供這些信息。集群顯示器正在從傳統(tǒng)的基于機械的解決方案轉(zhuǎn)向基于 LCD 的設(shè)計,為駕駛員提供了更多選擇來定制它并個性化駕駛體驗。 這種趨勢給設(shè)計工程師帶來了一些挑戰(zhàn)。電機驅(qū)動器是機電的,不會顯示出來自 EMC 等問題的明顯干擾,但 LCD 顯示器上的這個問題可以看作是可見的波紋(斷續(xù)線),這會分散駕駛員的注意力。實際上,可以比 LCD 顯示器更好地屏蔽電機驅(qū)動器,LCD 顯示器必須更加開放,而不是隱藏在前面板后面。
如今,大多數(shù)集群都是數(shù)字化的,LCD 和 LED 用于背光(圖 3)。事實上,如果你只有一個 3.5 英寸的顯示器,這被認為是低端的。趨勢正在向 7 英寸發(fā)展,而 12 英寸是那些能夠負擔得起高端車輛運輸?shù)臉藴?。當然,我們可以通過操縱方向盤上的按鈕輕松控制顯示屏。我們可以直接從儀表板查看我們的汽車發(fā)生的一切,從我們正在聽的歌曲(包括專輯封面)到車輛診斷,再到周圍區(qū)域的 3-D 表示。
眾所周知,汽車環(huán)境的 EMI 問題在最初設(shè)計階段需要仔細注意,以確保一旦系統(tǒng)開發(fā)完成能通過 EMI 測試。直到不久前,尚沒有一種確定的方法保證,通過恰當?shù)剡x擇電源 IC,就能夠輕松解決 EMI 問題。 隨著車輛系統(tǒng)的發(fā)展,需要更多功率的應(yīng)用數(shù)量不斷增加。設(shè)計更高功率系統(tǒng)的工程師經(jīng)常從低壓差 (LDO) 穩(wěn)壓器切換到具有更高效率和熱性能的 DC/DC 降壓轉(zhuǎn)換器。然而,這種轉(zhuǎn)變帶來了一些挑戰(zhàn),因為DC/DC降壓轉(zhuǎn)換器的電磁干擾 (EMI) 比 LDO 穩(wěn)壓器高得多。
僅額定為 5.5V IN的汽車級降壓-升壓轉(zhuǎn)換器?使用 12 V 汽車電池,我們無法將降壓-升壓連接到電池。那么誰需要這樣的升降壓轉(zhuǎn)換器呢?事實證明,有時一輛車有不止一個電池,而備用電池通常需要一個升降壓轉(zhuǎn)換器來為某些電子設(shè)備供電。這些電池通常位于電子設(shè)備的信息娛樂部分,尤其是在緊急呼叫(eCall) 系統(tǒng)中。
一位汽車設(shè)計工程師最近向我們的團隊提出了一個問題:在他們設(shè)計的固定頻率降壓穩(wěn)壓器的傳導(dǎo) EMI 測量期間,他無法滿足國際無線電干擾特別委員會 (CISPR) 25 5 類電磁干擾 (EMI) 標準。讓我簡要回顧一下前面提到的一些 EMI 術(shù)語: · EMI 是信號從一個電路到另一個電路或系統(tǒng)的不希望的耦合。由于劇烈的電壓轉(zhuǎn)換、二極管反向恢復(fù)電流和無源寄生元件的振蕩,EMI 與任何開關(guān)模式電源 (SMPS) 相關(guān)。
汽車電子和信息娛樂系統(tǒng)包含大量電子元件,例如微控制器、傳感器和其他在不同電壓下運行的外圍設(shè)備。降低這些電子設(shè)備中的微控制器電壓可實現(xiàn)更高的功率效率,但外圍設(shè)備仍需要在更高電壓下運行。這會產(chǎn)生電壓不兼容的情況,電壓電平轉(zhuǎn)換器/轉(zhuǎn)換器可以解決這種情況。TI 的汽車產(chǎn)品組合包括符合汽車電子委員會 (AEC)-Q100 標準的電壓電平轉(zhuǎn)換器/轉(zhuǎn)換器。
為電池連接的汽車電源選擇正確的降壓轉(zhuǎn)換器拓撲通常非常簡單。對于高達 ~3.5A 的電流,同步降壓轉(zhuǎn)換器是最佳選擇。具有集成 MOSFET 半橋的降壓轉(zhuǎn)換器需要更少的印刷電路板 (PCB) 空間、更少的外部組件和更低的物料清單成本。同步設(shè)計有利于提高效率和降低功耗,尤其是在較高電流下。
近年來,汽車電子在汽車系統(tǒng)設(shè)計中變得越來越重要。我們很可能聽說過便利功能的增加、信息娛樂設(shè)計的改進、駕駛員輔助系統(tǒng)和自動駕駛汽車設(shè)計的增長。為了推動汽車系統(tǒng)的創(chuàng)新,每個新設(shè)備都必須針對更小、更嚴格的設(shè)計要求進行優(yōu)化。這對提供這些應(yīng)用程序的電源樹意味著什么?
汽車業(yè)的發(fā)展主要由電氣化和自動駕駛兩大趨勢所推動。由于歐盟設(shè)定了二氧化碳減排目標,除了汽車電氣化,OEM別無選擇。同時,為了提高汽車安全性并實現(xiàn)全自動駕駛的最終目標,OEM使用了越來越多的傳感器,并不斷提升計算性能來處理傳感器產(chǎn)生的所有數(shù)據(jù)。
在永遠在線的體驗世界中,駕駛員和乘客希望通過傳統(tǒng)的無線電或人機界面 (HMI) 系統(tǒng)訪問有關(guān)交通狀況和潛在危險的實時信息。與此同時,司機和乘客希望不受干擾地使用 GPS、智能手機和平板電腦等聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。因此,重要的是這些設(shè)備不受電磁干擾 (EMI) 的影響,電磁干擾 (EMI) 在密閉空間內(nèi)放置大量電氣和電子系統(tǒng)時會發(fā)生這種情況。
汽車系統(tǒng)旨在承受溫度的廣泛變化、極端輸入瞬變和其他干擾。我們汽車中的幾乎所有電子設(shè)備都經(jīng)過嚴格的測試,需要滿足汽車電子委員會 (AEC) 規(guī)定的質(zhì)量系統(tǒng)標準和組件認證。大多數(shù)汽車系統(tǒng)由 12V 鉛酸電池供電,我們可能知道,電池電壓在我們可以想象的幾乎所有條件下都會發(fā)生變化:環(huán)境溫度、負載條件、年齡;這個清單不勝枚舉。
混合動力電動汽車 (HEV) 中的啟停系統(tǒng)通過在怠速期間停止發(fā)動機來幫助減少燃料消耗和排放,但只要發(fā)動機重新啟動,電池電壓就會下降。為了在電池電壓下降期間為負載提供所需的最低電壓,預(yù)升壓轉(zhuǎn)換器廣泛用于汽車中。
如果我們可以用少量零件創(chuàng)建高性能的車載應(yīng)用程序,我們將能夠減輕重量和成本并提高可靠性。這就是電動汽車和混合動力汽車 的集成動力系統(tǒng)設(shè)計背后的理念。
在當今世界的某個地方,一位汽車工程師正在為汽車設(shè)想一種信息娛樂系統(tǒng),該系統(tǒng)將在五年或更長時間內(nèi)無法實現(xiàn)。 這包括將當今僅作為概念存在的應(yīng)用的電源要求考慮在內(nèi)。隨著信息娛樂系統(tǒng)在復(fù)雜性和電子功能方面的發(fā)展,集成電路 (IC) 的數(shù)量也在增加,并且這些 IC 都從 12 V 電池共享電源。
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典型的汽車電源架構(gòu) 圖1給出了一個典型的汽車電源簡化框圖,主要包括以下幾個單元: 源保護電路:限制+12V電源總線的正向電壓,并阻止產(chǎn)生負壓。 有源保護電路:該限壓器功能與無源保護電路類似