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汽车电子设备努力实现省电

Margery Conner?? EDN技术编辑?? 2008年09月01日 ?? 收藏0

?????? 汽车附件和电子控制设备受益于电源管理方案,从而防止蓄电池电量耗尽和高油耗。低功率电子子系统对于下一代电动轿车和插电式电动汽车尤其重要。
  要 点
  睡眠状态下每天的功率预算不到50mA,因此稳压器自身的静态电流应当低于50mA。
  处于熄火状态时,现代网络轿车可以防止其电子设备耗尽车载蓄电池电量,但来自售后市场的电子设备依然可能耗尽蓄电池电量。
  提高轿车燃油经济性的最简便方法依然是减小发动机大小。

  理想的汽油轿车将司机和乘客从A地舒舒服服地运送到B地,在这一过程中虽然消耗汽油,但排放的尾气几乎无害。不过,买车一族对于“舒服”的定义急剧扩大,许多车主现在希望爱车配备卫星导航、安保、气候控制、互联网接口,甚至饮料冷藏功能。特性的升级导致当发动机关闭、轿车的电子设备处于睡眠状态时,轿车蓄电池的负荷相应增加。轿车电子附件的设计者必须平衡以下两方面:轿车特性和附件的电力需求;睡眠状态时,轿车蓄电池包含的有限电力。此外,由于汽油价格持续上涨,燃油经济性对于消费者日益重要,因此,汽车原始设备制造商 (OEM) 纷纷开始为供油、空调等子系统打造复杂但高效的电子控制系统。

图1今年夏季推出的Escalade Platinum中采用高亮度LED做大灯


  以前,轿车电子设备较原始,汽油价格较便宜的时候,人们对于降低汽车电子设备的耗电几乎没有兴趣。不过,由于今天的轿车几乎普遍依赖控制器局域网络 (CAN) 等网络,并且对电子子系统具有严格的睡眠状态功率预算,因此汽车附件和子系统的设计者必须研制出耗电量尽可能少的设计。例如,睡眠状态功率预算可以避免以下情况的发生:车主出差两个星期后,回到机场的停车场,结果发现一直处于开启状态的电子设备在他离开期间已经耗尽了蓄电池电量。

  气囊等系统在轿车停放后完全关闭;停放的轿车中不需要部署气囊。无钥进入系统、报警系统等其它在汽车停放后依然工作的子系统将依然开启,但处于睡眠状态,只需要消耗少量的“维生”电流。它们依靠蓄电池直接供电。轿车OEM在网络架构内部界定了轿车平台的配电,从而确保始终处于开启状态的系统有电可用,而其它系统处于睡眠状态,等待网络的唤醒信号。尽管各公司向来不公开附件和子系统的睡眠状态功率预算,但凌力尔特公司电源产品部产品营销经理Tony Richardson估计,每天持续消耗 20mA~50 mA 是合理范围。

  对于蓄电池状况良好的轿车来说,网络架构和睡眠状态功率预算几乎消除了“在机场耗尽电池”的情形。不过,来自售后市场的附加电子设备依然可能耗尽电池电量。来自售后市场的电子设备无法直接接入网络,因此需要点烟器等电源连接器供电。

  飞思卡尔公司模拟产品部系统与应用经理Kevin Anderson表示:“各OEM牢牢掌控着信息,绝不向售后市场厂商开放。就数据完整性而言,这并不是一个开放的系统。”

  即使轿车发动机正在运行且电力充足,电子附件和子系统依然需要省电,以便管理轿车散热热点,并提高日益重要的燃油经济性(见附文1:《寄生功率损耗》)。半导体和IC制造商不断涉足汽车领域,甚至还向较简单的电子设备添加低功率特性和智能技术。

  智能开关

  固态器件正在取代继电器(一度普遍的汽车负载开关),以便增强可靠性并降低导通电阻。继电器的电阻可能为25mΩ~100mΩ,而固态继电器 (SSR) 的电阻可能只有2mΩ,大约相当于几英尺标准规格的铜导线。由于发动机启动器等子系统的电流可能高达700A,因此低电阻在这些系统中很重要。其它电路即使一直处于开启状态,它们的电流也不断变化。例如,白炽大灯刚刚打开时,灯泡很冷,并且允许持续20ms~50ms的100A~150A 初始涌流。但是随着电流不断加热灯泡,电阻增加,此时电流下降为5A~40A,根据灯泡大小有所不同。飞思卡尔的eXtreme Switch产品系列等智能固态继电器允许很大的初始涌流,这是因为它们具有可变设定点。随着灯泡升温以及电阻变化,设定点会移至新阈值来适应较低电流。但是,如果此时电流突然升高(这表明出现了短路),芯片会充当保险丝并关断,从而保护开关和负载。这些智能开关不但更加省电,还提高了可靠性,降低了材料成本。

  在轿车中,大灯是仅次于HVAC(加热/通风/空调)系统的电力负荷。高亮度LED由于功耗较低、耐用、使用寿命长,被广泛应用于城市照明系统,并且在未来几年内,这些特性很可能会成为一些轿车内部和外部照明的标准特性。高亮度LED已经被应用于尾灯和日间行驶灯中,并且卡迪拉克宣布,在今年夏季推出的Escalade Platinum(凯雷德白金版)中采用高亮度LED做大灯(图 1)。


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汽车电子? 稳压器? 智能开关? 功率?

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