汽车电源设计原则

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1、汽车电源设计的六项基本原则大多数汽车电源架构需要遵循六项基本原则：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,发动机关闭吋，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F,瞬态电压也可能达到±100VoISO7637-1行业标准定义了汽车电池的电压波动范I韦I。图1和图2所小波形即为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耍满足的临界条件。除了ISO7637-1,还有-•些针对燃气发动机定义的电池工作范围和环境。大

2、多数新的规范是山不同的OEM厂商提出的，不•定遵循行业标准。但是，任何新标准都要求系统具令过压和欠压保护。2、散热考虑：散热盂耍根据DC-DC转换器的最低效率进行设计。空气流通较差甚至没仃空气流通的应川场合，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)o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呈。另外，PCB材料和•定的覆铜区域有助提高热传导效率，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限制在2W至3W(85°C)O随着环境温度升高，散热能力会明显

3、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。受坏境温度和管壳/结热阻的限制，将会明显降低1W最人输岀功率。对于人多数高压DC-DC转换器，输岀电流在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。这也止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。大功率设计(>20W)对丁热管理要求比较严

4、格，尙要采用同步整流架构。为了获得高丁•单个封装的散热能力，避免封装“发热”，可以考虑使用外部MOSFET驱动器。3、静态工作电流(IQ)及关断电流(ISD)：随着汽午中电子控制单兀(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在皿控范围内，大多数OEM厂商开始对每个ECU的IQ加以限制。例如欧盟提出的要求是:100pA/ECUo绝人多数欧盟汽车标准规定ECU的IQ典型值低于100“。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

5、流损耗是ECUIQ的主要考虑因素，电源设计需耍考虑最小IQ预算。4、成本控制：OEM厂商对于成木和规格的折中是影响电源材料清单的重要因素。对丁大批量牛产的产品，成本是设计中需要考虑的車要因素。PCB类型、散热能力、允许选择的封装及其它设计约朿条件实际受限丁•特定项廿的预算。例如，使川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•制约条件，用八能够接受更高成木的ECU,但不会花费吋间和金钱用于改造传统的电源设计。对于些成木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

6、电源设计中PCB和元件布局会限制电源的整体性能。结构设计、电路板布局、噪声灵敏度、多层板的耳连问题以及其它布板限制都会制约高芯片集成电源的设计。而利川负载点电源产牛所有必要的电源也会导致高成木，将众多元件集于氓-•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幣体的系统性能、机械限制和成本。6、电磁辐射：随时间变化的电场会产工电磁辎射，辐射强度取决丁场的频率和幅度，•个工作电路所产纶的电磁T扰会直接影响另-电路。例如，无线电频道的T•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限制。为保持电磁辐射

7、(EMI)在受控范由内，DC-DC转换器的类熨、拓扑结构、外附兀件选择、电路板布局及屏蔽都非常匝要。经过多年的积累，电源IC设计者研究出了各种限制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。