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低静态电流开关瞄准汽车电子设计

2008年10月15日 ?? 收藏0

  现代汽车不断采用越来越复杂的电子系统。而且汽车环境对各类电子设备而言依然恶劣。工作电压范围必须宽,瞬态电压很高,温度偏移量很大,这些条件使得电子系统的日子很难过。此外,性能要求也日趋严格。系统的不同部分需要多种电源电压。典型的导航系统可能具备至少6种电源,包括8.5V、5V、3.3V、2.5V、1.5V和1.2V。同时,随着部件的增加,空间要求继续收缩。因此,在空间限制和温度需求等因素下,效率在空间受限系统中变得更加关键。当输出电压较低,电流电平超过几百毫安时,使用线性稳压器来生成这些系统电压已经不切实际。因此在过去几年中,主要由于散热限制原因,开关稳压器逐步取代线性稳压器。开关稳压器的好处(包括更高效率、更小尺寸等)胜过了额外的复杂性和EMI考虑因素。

  汽车环境中的开关稳压器需要较宽的输入电压-工作电压范围、宽负载范围内的较高效率、正常工作/待机/关闭时的较低静态电流、较小的热阻,以及最小的噪音和EMI发射量。

  任何开关稳压器均需要一定的规格,以便在3V~60V的较宽输入电压范围内工作,并在那些能靠14V或42V运行的汽车系统中找到用武之地。60V额定电压为那些箝位电压通常为36V~40V的14V系统提供了良好的裕量。而且这能在未来的42V系统中使用这种器件。因此,可以很容易将面向14V系统的设计升级为面向42V系统的设计,而无需进行重大的重新设计。

  在较宽负载范围内的高效率电力转换对于大部分汽车系统都十分重要。例如,对于10mA~1.2A负载范围内的5V输出,可能会期望电力转换效率达到85%左右。电流较大时,内部开关需要良好的饱和性能——典型情况下,1A时为0.2Ω。为了改善轻载效率,驱动电流要比负载电流小,或与之成正比。此外,偏置引脚(输出能为其供电)可以为内部控制电路供电,从而充分利用降压转换器的电力转换效率。这一偏置电流来自输出(而非输入),这降低了控制电路的输入电源电流,其降低比例为输出电压与输入电压之比。例如,3.3V、100mA输出电流需要的平均输入电流仅为12V、30mA,从而使控制电路需要的输入电流降至最低,并提高轻载效率。

  即使汽车在停放时,远程无钥进入(RKE)、GPS位置跟踪、报警系统等许多汽车系统应用依然需要持续供电。低静态电流是这些应用的一个主要需求。在输出电流降到大约100mA以下之前,器件将以正常的持续切换模式运行。电流低于100mA时,开关稳压器必须跳过脉冲来保持稳压。在脉冲之间,开关稳压器可以进入睡眠模式,期间只有一部分内部电路接收电力。在轻载电流状态下,开关稳压器需要自动切换到一种模式,即静态电流降至100mA以下,供12V~3.3V转换器使用。内部参考和“电源良好”电路在睡眠模式下依然工作,以监视输出电压。在关闭期间,静态电流应当低于1mA。

  理想状况下,结到管壳热阻应当较低。如果将器件后部与铜相连,并焊接到PCB表面,PCB就可以传导器件的热量。目前普遍采用的四层板配有内部电源层,可以实现接近40℃/W的热阻。那些能将热量迅速传导至金属外壳的高环境温度应用,它们实现的热阻接近典型的10℃/W结到管壳热阻,这有助于扩展有效工作温度范围。

  虽然开关稳压器比线性稳压器产生更多噪音,但其效率高得多。

  只要开关的表现可以预测,结果证明噪音和EMI在许多敏感应用中都能加以管理。如果开关稳压器在正常模式中切换时频率恒定,并且切换边缘清洁、可以预测,没有过冲或高频振荡,就可以使EMI最小化。较小封装以及较高工作频率可以提供较小、紧凑的布局,从而最小化EMI辐射。此外,如果使用具备低等效串联电阻(ESR)陶瓷电容的稳压器,就可以使输入和输出电压纹波降至最小,而这些纹波是系统中的额外噪音来源。


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稳压器? GPS? PCB?

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