LinkSwitch-TN2Q集成了系统级保护功能,支持30-550VDC输入
现代汽车中有许多电源。越来越多的电子电路需要自己的电源,这给设计人员带来了功耗和成本障碍。新的安全功能、更多的信息娱乐选项、额外的驾驶员辅助系统等需要额外的电子设备。这些新电路的成本增加了研发工作和汽车价格。这些新电路的功耗会显示在您的 MPG 和汽油账单中。
过去的汽车信息娱乐系统主要基于 5V 和 3.3V 电压电源。这是因为 12-14V 电池在汽车系统中很容易获得,可以降压到较低的电压。然而,有几个关键因素推动了信息娱乐系统、高级驾驶辅助系统 (ADAS)和集群系统对低电压操作的需求。
我们可能有过启动汽车的经历,只是听到咔哒声而不是引擎转动。这是由电池没电引起的,尽管有很多原因导致这种情况发生,但在大多数情况下,这是人为错误(有没有人一夜之间把室内灯打开?)。启动汽车时也可能出现人为错误。
集群变得越来越大,以容纳越来越多的驾驶员可用的数据,并实时提供这些信息。集群显示器正在从传统的基于机械的解决方案转向基于 LCD 的设计,为驾驶员提供了更多选择来定制它并个性化驾驶体验。 这种趋势给设计工程师带来了一些挑战。电机驱动器是机电的,不会显示出来自 EMC 等问题的明显干扰,但 LCD 显示器上的这个问题可以看作是可见的波纹(断续线),这会分散驾驶员的注意力。实际上,可以比 LCD 显示器更好地屏蔽电机驱动器,LCD 显示器必须更加开放,而不是隐藏在前面板后面。
如今,大多数集群都是数字化的,LCD 和 LED 用于背光(图 3)。事实上,如果你只有一个 3.5 英寸的显示器,这被认为是低端的。趋势正在向 7 英寸发展,而 12 英寸是那些能够负担得起高端车辆运输的标准。当然,我们可以通过操纵方向盘上的按钮轻松控制显示屏。我们可以直接从仪表板查看我们的汽车发生的一切,从我们正在听的歌曲(包括专辑封面)到车辆诊断,再到周围区域的 3-D 表示。
众所周知,汽车环境的 EMI 问题在最初设计阶段需要仔细注意,以确保一旦系统开发完成能通过 EMI 测试。直到不久前,尚没有一种确定的方法保证,通过恰当地选择电源 IC,就能够轻松解决 EMI 问题。 随着车辆系统的发展,需要更多功率的应用数量不断增加。设计更高功率系统的工程师经常从低压差 (LDO) 稳压器切换到具有更高效率和热性能的 DC/DC 降压转换器。然而,这种转变带来了一些挑战,因为DC/DC降压转换器的电磁干扰 (EMI) 比 LDO 稳压器高得多。
仅额定为 5.5V IN的汽车级降压-升压转换器?使用 12 V 汽车电池,我们无法将降压-升压连接到电池。那么谁需要这样的升降压转换器呢?事实证明,有时一辆车有不止一个电池,而备用电池通常需要一个升降压转换器来为某些电子设备供电。这些电池通常位于电子设备的信息娱乐部分,尤其是在紧急呼叫(eCall) 系统中。
一位汽车设计工程师最近向我们的团队提出了一个问题:在他们设计的固定频率降压稳压器的传导 EMI 测量期间,他无法满足国际无线电干扰特别委员会 (CISPR) 25 5 类电磁干扰 (EMI) 标准。让我简要回顾一下前面提到的一些 EMI 术语: · EMI 是信号从一个电路到另一个电路或系统的不希望的耦合。由于剧烈的电压转换、二极管反向恢复电流和无源寄生元件的振荡,EMI 与任何开关模式电源 (SMPS) 相关。
汽车电子和信息娱乐系统包含大量电子元件,例如微控制器、传感器和其他在不同电压下运行的外围设备。降低这些电子设备中的微控制器电压可实现更高的功率效率,但外围设备仍需要在更高电压下运行。这会产生电压不兼容的情况,电压电平转换器/转换器可以解决这种情况。TI 的汽车产品组合包括符合汽车电子委员会 (AEC)-Q100 标准的电压电平转换器/转换器。
为电池连接的汽车电源选择正确的降压转换器拓扑通常非常简单。对于高达 ~3.5A 的电流,同步降压转换器是最佳选择。具有集成 MOSFET 半桥的降压转换器需要更少的印刷电路板 (PCB) 空间、更少的外部组件和更低的物料清单成本。同步设计有利于提高效率和降低功耗,尤其是在较高电流下。
近年来,汽车电子在汽车系统设计中变得越来越重要。我们很可能听说过便利功能的增加、信息娱乐设计的改进、驾驶员辅助系统和自动驾驶汽车设计的增长。为了推动汽车系统的创新,每个新设备都必须针对更小、更严格的设计要求进行优化。这对提供这些应用程序的电源树意味着什么?
汽车业的发展主要由电气化和自动驾驶两大趋势所推动。由于欧盟设定了二氧化碳减排目标,除了汽车电气化,OEM别无选择。同时,为了提高汽车安全性并实现全自动驾驶的最终目标,OEM使用了越来越多的传感器,并不断提升计算性能来处理传感器产生的所有数据。
在永远在线的体验世界中,驾驶员和乘客希望通过传统的无线电或人机界面 (HMI) 系统访问有关交通状况和潜在危险的实时信息。与此同时,司机和乘客希望不受干扰地使用 GPS、智能手机和平板电脑等联网设备。因此,重要的是这些设备不受电磁干扰 (EMI) 的影响,电磁干扰 (EMI) 在密闭空间内放置大量电气和电子系统时会发生这种情况。
汽车系统旨在承受温度的广泛变化、极端输入瞬变和其他干扰。我们汽车中的几乎所有电子设备都经过严格的测试,需要满足汽车电子委员会 (AEC) 规定的质量系统标准和组件认证。大多数汽车系统由 12V 铅酸电池供电,我们可能知道,电池电压在我们可以想象的几乎所有条件下都会发生变化:环境温度、负载条件、年龄;这个清单不胜枚举。
混合动力电动汽车 (HEV) 中的启停系统通过在怠速期间停止发动机来帮助减少燃料消耗和排放,但只要发动机重新启动,电池电压就会下降。为了在电池电压下降期间为负载提供所需的最低电压,预升压转换器广泛用于汽车中。
如果我们可以用少量零件创建高性能的车载应用程序,我们将能够减轻重量和成本并提高可靠性。这就是电动汽车和混合动力汽车 的集成动力系统设计背后的理念。
在当今世界的某个地方,一位汽车工程师正在为汽车设想一种信息娱乐系统,该系统将在五年或更长时间内无法实现。 这包括将当今仅作为概念存在的应用的电源要求考虑在内。随着信息娱乐系统在复杂性和电子功能方面的发展,集成电路 (IC) 的数量也在增加,并且这些 IC 都从 12 V 电池共享电源。
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典型的汽车电源架构 图1给出了一个典型的汽车电源简化框图,主要包括以下几个单元: 源保护电路:限制+12V电源总线的正向电压,并阻止产生负压。 有源保护电路:该限压器功能与无源保护电路类似