汽车应急启动电源的汽车应急启动电源设计的基本原则
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发布时间：2022-04-24 04:29
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时间：2023-08-01 06:28
多数汽车的电源架构在设计时都要遵循最基本的原则，但不是每个设计师都对这些原则有很透彻的了解。以下是汽车电源架构在设计时需要遵循的六项基本原则。
1、输入电压VIN范围：12V电池电压的瞬变范围决定了电源转换IC的输入电压范围
典型的汽车电池电压范围为9V至16V，发动机关闭时，汽车电池的标称电压为12V；发动机工作时，电池电压在14.4V左右。但是，不同条件下，瞬态 电压也可能达到±100V。ISO7637-1行业标准定义了汽车电池的电压波动范围。图1和图2所示波形即为ISO7637标准给出的部分波形，图中显示了高压汽车电源转换器需要满足的临界条件。除了ISO7637-1，还有一些针对燃气发动机定义的电池工作范围和环境。大多数新的规范是由不同的OEM 厂商提出的，不一定遵循行业标准。但是，任何新标准都要求系统具有过压和欠压保护。
2、散热考虑：散热需要根据DC-DC转换器的最低效率进行设计
空气流通较差甚至没有空 气流通的应用场合，如果环境温度较高(> 30°C)，外壳存在热源(> 1W)，设备会迅速发热(> 85°C)。例如，大多数音频放大器需要安装在散热片上，并需要提供良好的空气流通条件以耗散热量。另外，PCB材料和一定的覆铜区域有助于提高热传导效 率，从而达到最佳的散热条件。如果不使用散热片，封装上的裸焊盘的散热能力*在2W至3W (85°C)。随着环境温度升高，散热能力会明显降低。
将电池电压转换成低压(例如：3.3V)输出时，线性稳压器将损耗75%的输入功率，效率极低。为了提供1W的输出功率，将会有3W的功率作为热量消耗 掉。受环境温度和管壳/结热阻的*，将会明显降低1W最大输出功率。对于大多数高压DC-DC转换器，输出电流在150mA至200mA范围时，LDO 能够提供较高的性价比。 将电池电压转换成低压(例如：3.3V)，功率达到3W时，需要选择高端开关型转换器，这种转换器可以提供30W以上的输出功率。这也正是汽车电源制造商通常选用开关电源方案，而排斥基于LDO的传统架构的原因。 3、静态工作电流(IQ)及关断电流(ISD)
随着汽车中电子控制单元(ECU)数量的快速增长，从汽车电池消耗的总电流也不断增长。即使当发动机关闭并且电池电量耗尽时，有些ECU单元仍然保持工 作。为了保证静态工作电流IQ在可控范围内，大多数OEM厂商开始对每个ECU的IQ加以*。例如欧盟提出的要求是：100μA/ECU。绝大多数欧盟 汽车标准规定ECU的IQ典型值低于100μA。始终保持工作状态的器件，例如：CAN收发器、实时时钟和微控制器的电流损耗是ECU IQ的主要考虑因素，电源设计需要考虑最小IQ预算。 4、成本控制：OEM厂商对于成本和规格的折中是影响电源材料清单的重要因素
对于大批量生产的产品，成本是设计中需要考虑的重要因素。PCB类型、散热能力、允许选择的封装及其它设计约束条件实际受限于特定项目的预算。例如，使用4层板FR4和单层板CM3，PCB的散热能力就会有很大差异。 项目预算还会导致另一制约条件，用户能够接受更高成本的ECU，但不会花费时间和金钱用于改造传统的电源设计。对于一些成本很高的新的开发平台，设计人员只是简单地对未经优化的传统电源设计进行一些简单修整。
5、位置/布局：在电源设计中PCB和元件布局会*电源的整体性能
结构设计、电路板布局、噪声灵敏度、多层板的互连问题以及其它布板*都会制约高芯片集成电源的设计。而利用负载点电源产生所有必要的电源也会导致高成本，将众多元件集于单一芯片并不理想。电源设计人员需要根据具体的项目需求平衡整体的系统性能、机械*和成本。 6、电磁辐射
随时间变化的电场会产生电磁辐射，辐射强度取决于场的频率和幅度，一个工作电路所产生的电磁干扰会直接影响另一电路。例如，无线电频道的干扰可能导致安全气囊的误动作，为了避免这些负面影响，OEM厂商针对ECU单元制定了最大电磁辐射*。 为保持电磁辐射(EMI)在受控范围内，DC-DC转换器的类型、拓扑结构、外围元件选择、电路板布局及屏蔽都非常重要。经过多年的积累，电源IC设计者研究出了各种*EMI的技术。外部时钟同步、高于AM调制频段的工作频率、内置MOSFET、软开关技术、扩频技术等都是近年推出的EMI抑制方案。
