汽車(chē)電子產(chǎn)品日益增長(zhǎng)的需求給電源IC設(shè)計(jì)帶來(lái)了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)(04-100)

　　引言

　　在過(guò)去的10年里，汽車(chē)電子產(chǎn)品有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，車(chē)載電子控制、導(dǎo)航以及娛樂(lè)系統(tǒng)不管是在數(shù)量上還是在精細(xì)程度上都有了顯著的提高。今后，車(chē)載電子產(chǎn)品的發(fā)展有望進(jìn)一步加速。據(jù)市場(chǎng)預(yù)測(cè)，全球汽車(chē)半導(dǎo)體市場(chǎng)的規(guī)模將從2003年的123億美元增長(zhǎng)至2007年的170億美元以上；汽車(chē)電子系統(tǒng)在車(chē)輛總成本中所占的比例將從目前的20% 飚升至2008年的30%。幾個(gè)大發(fā)展趨勢(shì)對(duì)汽車(chē)電子產(chǎn)品的這種高速成長(zhǎng)起到了推波助瀾的作用。在汽車(chē)系列的一端，諸如油門(mén)控制、制動(dòng)和懸掛控制等眾多傳統(tǒng)上的機(jī)械系統(tǒng)目前均采用電子系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行控制和優(yōu)化。而在另一端，LED照明、娛樂(lè)和無(wú)線導(dǎo)航正迅速成為非豪華型汽車(chē)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。所有這些系統(tǒng)均要求進(jìn)行某種類(lèi)型的電源管理，而且，它們所面臨的電子技術(shù)挑戰(zhàn)很多，與此同時(shí)，維持高可靠性也是極為重要的。

　　本文將重點(diǎn)探討目前以及下一代汽車(chē)中分布式電源和LED照明的成長(zhǎng)。這兩個(gè)區(qū)段專(zhuān)業(yè)市場(chǎng)給汽車(chē)電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)師和制造商均帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。了解這些挑戰(zhàn)并找到可行的解決方案是最為重要的，因?yàn)榕c這些系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的發(fā)展似乎是沒(méi)有止境的。

　　分布式電源單元

　　在汽車(chē)的整個(gè)底盤(pán)上，存在著為數(shù)眾多的分布式電源或“負(fù)載點(diǎn)”電源。這些電源單元(PSU)負(fù)責(zé)對(duì)12V(標(biāo)稱(chēng)值為13.8V)的總線電壓進(jìn)行降壓(或升壓)操作，以便為大量的子系統(tǒng)供電。這些子系統(tǒng)包括遠(yuǎn)程信息處理/導(dǎo)航系統(tǒng)、電動(dòng)座椅和電動(dòng)車(chē)門(mén)、車(chē)身內(nèi)部和外部照明以及電子剎車(chē)和引擎操控等。這些系統(tǒng)所要求的電源電壓范圍有可能從36V(用于某些LED應(yīng)用)到1.2V(用于驅(qū)動(dòng)低電壓微處理器)—諸如導(dǎo)航設(shè)備等諸多系統(tǒng)也許需要在一個(gè)單元中采用8個(gè)以上的不同電壓電平。視PSU在汽車(chē)電源總線上操作位置的不同，它有可能需要在功率要求非?？量痰臈l件下運(yùn)行。這些要求包括負(fù)載突降、冷車(chē)發(fā)動(dòng)、輕負(fù)載條件下的極低功耗以及低噪聲操作。此外，通常還要求解決方案的占位面積非常緊湊狹小，并具有較高的熱效率。凌特公司正在不斷壯大其專(zhuān)為滿足上述苛刻要求而開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品系列。

　　負(fù)載突降條件(60V瞬變保護(hù))

　　“負(fù)載突降”指的是電池電纜在交流發(fā)電機(jī)向電池充電的過(guò)程中發(fā)生斷接的狀態(tài)。當(dāng)交流發(fā)電機(jī)試圖對(duì)電池進(jìn)行滿充電時(shí)，電池電纜的這種突然斷接會(huì)產(chǎn)生高達(dá)60V的瞬態(tài)電壓尖峰。交流發(fā)電機(jī)上的瞬態(tài)電壓抑制器通常會(huì)把總線電壓箝位于36V至60V之間，并吸收掉大部分的浪涌電流。然而，交流發(fā)電機(jī)的下行DC/DC轉(zhuǎn)換器將承受這些60V的瞬變尖峰電壓。由于預(yù)料到這些轉(zhuǎn)換器以及由它們供電的子系統(tǒng)均會(huì)在該瞬變事件發(fā)生期間以及之后執(zhí)行操作，因此，至關(guān)重要的是DC/DC轉(zhuǎn)換器應(yīng)具備處理這一高電壓(最大值為60V)瞬變的能力?？梢圆捎枚喾N能夠在外部實(shí)現(xiàn)的保護(hù)電路(常常是抑制器)，但這樣會(huì)導(dǎo)致成本的增加，并占用寶貴的板級(jí)空間。凌特的多款高電壓開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器(包括LT3433、LT3434和LT1976)均能夠承受高達(dá)60V的瞬變電壓，并能夠在不影響系統(tǒng)性能或可靠性的情況下維持輸出的穩(wěn)定。一般地，這些降壓型或降壓-升壓型轉(zhuǎn)換器將暴露于因充電/電池系統(tǒng)中的中斷所引起的車(chē)用電池和交流發(fā)電機(jī)電壓瞬變條件之下。

　　冷車(chē)發(fā)動(dòng)條件

　　“冷車(chē)發(fā)動(dòng)” 是一個(gè)在車(chē)輛引擎經(jīng)受了一段時(shí)間的低溫或冰點(diǎn)溫度的情況下出現(xiàn)的情況。引擎潤(rùn)滑油變得非常粘滯，而且要求起動(dòng)機(jī)電機(jī)提供更大的扭矩，而這反過(guò)來(lái)又需要從電池獲得更多的電流。在點(diǎn)火時(shí)，該大電流負(fù)載會(huì)把電池/主總線電壓拉低到4V，之后它一般將恢復(fù)至13.8V的標(biāo)稱(chēng)值。當(dāng)某些子系統(tǒng)在這種冷車(chē)發(fā)動(dòng)的整個(gè)過(guò)程中都需要一個(gè)經(jīng)過(guò)良好穩(wěn)壓的5V恒定輸出時(shí)，就會(huì)發(fā)生上述問(wèn)題。這些應(yīng)用包括ECU、環(huán)境和應(yīng)急系統(tǒng)微處理器，它們對(duì)于確保車(chē)輛的安全性以及可靠的性能是至關(guān)重要的。以往，人們是通過(guò)采用雙電感器SEPIC(單端初級(jí)繞組電感器耦合)DC/DC轉(zhuǎn)換器來(lái)滿足這些要求的。SEPIC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不利的一面在于其雙電感器配置不僅成本昂貴、體積龐大，而且效率較低(約為70%)。