新型汽車設(shè)計需要具超低IQ的高壓同步降壓型轉(zhuǎn)換器

　　摘要：汽車中非常復(fù)雜的電子系統(tǒng)之快速增加使得對電源管理 IC 的性能要求更高了。視電源在汽車電源總線上工作部位的不同，電源可能遇到停/啟、冷車發(fā)動和負(fù)載突降情況，而且必須在這類情況發(fā)生時，能夠自始至終準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)輸出電壓。此外，有些這類系統(tǒng)會以始終保持接通的備用模式工作，需要最小的電源電流。因此，最大限度地減小解決方案占板面積同時最大限度地提高效率也變得至關(guān)重要了。

　　引言

　　每年，汽車都納入越來越復(fù)雜和越來越多的電子系統(tǒng)，以最大限度地提高舒適度、安全性和性能，同時盡量降低有害氣體排放。根據(jù)市場調(diào)查公司Databeans的研究，從 2012 年到 2014 年，汽車半導(dǎo)體市場預(yù)計將以 9% 的年復(fù)合增長率增長。進(jìn)一步促進(jìn)汽車中電子系統(tǒng)日益增多的因素是：新的安全系統(tǒng)、信息娛樂系統(tǒng) (車載多媒體系統(tǒng))、引擎、動力傳動系統(tǒng)和底盤管理、衛(wèi)星無線電和電視、LED 照明、藍(lán)牙和其他無線系統(tǒng)以及后視攝像頭。幾年前，這些系統(tǒng)僅能在“高端”豪華型汽車中見到，但是現(xiàn)在，這些系統(tǒng)在每一個汽車制造商的中檔汽車中都能見到，從而促使了汽車 IC 市場以更快的速度增長。

　　汽車中電子系統(tǒng)增加的另一個關(guān)鍵驅(qū)動因素是采用了新型發(fā)送機(jī)和動力傳動系統(tǒng)設(shè)計。這些新型設(shè)計包括：直接燃料噴射、引擎停-啟控制、以及各種不同的混合型 / 電動型汽車配置。這些系統(tǒng)的目標(biāo)是最大限度地降低有害氣體排放，同時提高燃料燃燒效率和汽車的總體性能。這些要求一度是相互排斥的，現(xiàn)在采用“智能”引擎控制系統(tǒng)、大量傳感器和幾個 DSP 后，汽車制造商能憑借“更干凈”地運(yùn)行的引擎來實現(xiàn)更高的引擎效率。電子控制單元 (ECU) 正在快速增多，以優(yōu)化很多方面的汽車設(shè)計，其中包括引擎和動力傳動系統(tǒng)管理以至動態(tài)底盤控制。總之，這些新型系統(tǒng)提高了安全性、性能和駕駛員的舒適度，并有助于為我們所有人提供一個更加干凈的環(huán)境。

　　隨著汽車系統(tǒng)中電子組件數(shù)量的增多，可用空間在持續(xù)縮小，從而極大地提高了每個系統(tǒng)的密度。所有這些系統(tǒng)都需要電源轉(zhuǎn)換 IC，而且通常有多個電壓軌以適用于每一個子系統(tǒng)。傳統(tǒng)上，線性穩(wěn)壓器可以滿足大部分這類電源轉(zhuǎn)換需求，因為效率和小尺寸不是很重要。但是隨著電源密度提高了數(shù)個數(shù)量級，而且很多應(yīng)用都需要在相對較高的環(huán)境溫度下工作，任何適用的散熱器都太大了，無法包括在內(nèi)。因此，要最大限度地減少以熱量形式損失的功率，電源轉(zhuǎn)換效率就變得至關(guān)重要了，這促使降壓型開關(guān)穩(wěn)壓器取代了線性穩(wěn)壓器。然而，新出現(xiàn)的汽車設(shè)計要求，甚至在電源電壓變化范圍非常寬、靜態(tài)電流非常低和開關(guān)頻率非常高的情況下，開關(guān)穩(wěn)壓器也要提供非常高的效率，而在實現(xiàn)所有這一切的同時，還要提供占板面積非常緊湊和高成本效益的解決方案。

　　電子瞬態(tài)挑戰(zhàn)：停/啟、冷車發(fā)動和負(fù)載突降情況

　　停-啟系統(tǒng)
　　為了最大限度地提高燃油里程，同時又可盡量降低二氧化碳排放量，其他可替代的動力傳動技術(shù)一直在發(fā)展。無論這些新技術(shù)采用了混合電動、清潔柴油還是更傳統(tǒng)的內(nèi)燃設(shè)計，它們都有可能還采用了停/啟電動機(jī)設(shè)計。停/啟電動機(jī)設(shè)計幾乎已經(jīng)普遍出現(xiàn)于世界各地所有混合型設(shè)計中，很多歐洲和亞洲的汽車制造商也已經(jīng)開始在傳統(tǒng)的汽油和柴油汽車中采用停/啟系統(tǒng)。在美國，福特汽車公司最近宣布，將在很多 2012 家用車型中采用這類系統(tǒng)。

　　不過，停/啟系統(tǒng)給電源管理系統(tǒng)帶來了另一個挑戰(zhàn)。首先，在引擎 / 交流發(fā)電機(jī)關(guān)閉時，電池必須能給汽車的各種燈、環(huán)境控制以及其他電子系統(tǒng)供電。此外，當(dāng)引擎再次重啟時，電池必須能給啟動器供電。再啟動時，這種極端的電池加載情況又引入了另一個設(shè)計挑戰(zhàn)，這一次是電氣方面的挑戰(zhàn)，因為重啟引擎需要吸取大量電流，這有可能暫時將電池電壓拉低至 4V，這個變化過程與圖 1 所示的冷車發(fā)動電壓曲線相當(dāng)類似。當(dāng)充電器返回穩(wěn)定狀態(tài)、電池總線電壓短暫低于標(biāo)稱的13.8V 時，要提供一個良好穩(wěn)定和僅比輸入低幾百毫伏的輸出，以保持關(guān)鍵系統(tǒng)不間斷運(yùn)行，這時對電子系統(tǒng)的挑戰(zhàn)就出現(xiàn)了。