【導(dǎo)讀】新能源汽車的火爆、造車新勢力的大熱帶動了車載電子設(shè)備的大規(guī)模升級，卻也直接促使車用電源管理與供電系統(tǒng)變得更為先進(jìn)與復(fù)雜。在面對到汽車電能問題時(shí)，汽車設(shè)計(jì)工程師通常會先分門別類地將不同系統(tǒng)分別考慮、設(shè)計(jì)（如先進(jìn)的電子式引擎、發(fā)電機(jī)、行車計(jì)算機(jī)、安全控制系統(tǒng)與DVD多媒體影音系統(tǒng)等會先分別獨(dú)立進(jìn)行設(shè)計(jì)），最后再進(jìn)行整合，這需要能夠處理不同電壓網(wǎng)關(guān)的電源供應(yīng)系統(tǒng)；與此同時(shí)，這些車用電子設(shè)備對于電源的需求往往都是高效率、小體積且能在高電壓下輸出大電流以滿足自身的性能需求。因此，開發(fā)出新的應(yīng)用技術(shù)，可將車上的電源管控在最佳的范圍之內(nèi)，讓汽車上的電子設(shè)備能在車輛行駛的第一時(shí)間就能發(fā)揮最佳狀態(tài)已經(jīng)成為汽車設(shè)計(jì)端的重要挑戰(zhàn)。
ADI公司的DC-DC轉(zhuǎn)換器在業(yè)界有非常廣泛的應(yīng)用，在車載電子系統(tǒng)的不同場景中均能以非常高的效率實(shí)現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換，從而在節(jié)能的同時(shí)最大限度地減少了散熱設(shè)計(jì)方面的問題。本文以三個(gè)不同場景的ADI車載DC-DC轉(zhuǎn)換器為例，闡述ADI如何利用豐富的模擬技術(shù)研發(fā)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，滿足汽車設(shè)計(jì)師們對于汽車電力、動力及能源消耗的平衡。
你要的樣子我都有，一顆IC靈活實(shí)現(xiàn)個(gè)性化車前燈組設(shè)計(jì)
LED車前燈組可以是兼具創(chuàng)新性和藝術(shù)創(chuàng)意的。遠(yuǎn)光燈和近光燈可以與時(shí)髦漂亮和獨(dú)具特色的晝間行駛燈(DRL)“包裹”在一起。因?yàn)闀冮g行駛燈僅在遠(yuǎn)光燈和近光燈關(guān)閉時(shí)才會需要，故可使用單個(gè)LED驅(qū)動器給遠(yuǎn)光和近光LED或晝間行駛燈供電。只有在LED驅(qū)動器具有靈活的輸入至輸出比、而且能對輸入至輸出電壓進(jìn)行升壓和降壓的情況下，這種做法才會奏效。升降壓型設(shè)計(jì)可滿足該要求。
下圖中的多光束LT8391A升降壓型LED驅(qū)動器能夠驅(qū)動3V至34V的LED燈串電壓。這使其能驅(qū)動一個(gè)近光燈串，并通過給近光燈串添加LED以創(chuàng)建一個(gè)遠(yuǎn)光燈。同一個(gè)驅(qū)動器在切換之后，可驅(qū)動一個(gè)電壓較高、但電流較低的DRL。從僅限近光燈的LED切換至近光/遠(yuǎn)光燈組合式燈串，就不會在輸出電壓或LED電流上產(chǎn)生尖峰脈沖。LT8391A能夠在升壓、4開關(guān)升降壓、和降壓工作區(qū)之間平穩(wěn)地轉(zhuǎn)換。對于轉(zhuǎn)換器來說，從LED數(shù)量少的燈串變更至LED數(shù)量多的燈串時(shí)不產(chǎn)生LED尖峰脈沖會是棘手的難題，然而這款多光束LED燈電路則能輕松地做到這一點(diǎn)。
用于近光燈、遠(yuǎn)光燈和DRL燈的LT8391A多光束LED車前燈組解決方案
可以看出，LT8391A 2MHz、60V 升降壓型 LED 驅(qū)動器控制器可為汽車前照燈中的LED燈串供電，該器件的特點(diǎn)包括其低EMI四開關(guān)架構(gòu)和擴(kuò)展頻譜頻率調(diào)制功能，用于滿足CISPR 25 Class 5 EMI 規(guī)格要求。此外，該器件獨(dú)特的高開關(guān)頻率允許其在高于AM頻段的頻率條件下工作，因而所需的EMI濾波非常之少。
啟停銜接如“絲”般順滑，升降壓控制器帶來沉浸式車載娛樂系統(tǒng)
自動啟停功能由中央控制單元協(xié)調(diào)，該控制單元監(jiān)測來自所有相關(guān)傳感器（包括啟動電機(jī)和交流發(fā)電機(jī)）的數(shù)據(jù)。在高效的蓄電池技術(shù)和相應(yīng)的發(fā)動機(jī)管理程序的支持下，啟停系統(tǒng)在較低的溫度下也能正常工作，只需短暫的預(yù)熱過程便可激活。此外，大多數(shù)系統(tǒng)可識別臨時(shí)停車和行程結(jié)束之間的差異。如果駕駛員的安全帶解開，或者車門或行李箱打開，系統(tǒng)不會重新啟動引擎。但是，當(dāng)使用啟停系統(tǒng)使引擎重新啟動時(shí)，12 V電池電壓有可能已經(jīng)降至5 V以下，如果車載信息娛樂系統(tǒng)開啟或其他電子設(shè)備需要高于5 V的電壓時(shí)，可能會導(dǎo)致這些系統(tǒng)復(fù)位。甚至有些導(dǎo)航系統(tǒng)要求更高的輸入電壓工作。因此，當(dāng)輸入電壓在引擎重新啟動期間降至5 V以下，若DC-DC轉(zhuǎn)換器僅具有輸入電壓降壓功能，則需要重新設(shè)置導(dǎo)航或音樂播放器系統(tǒng)。要想使電子控制單元ECU穩(wěn)定工作，就需要升降壓轉(zhuǎn)換器。
ADI三路輸出同步DC/DC控制器LTC7815在單個(gè)封裝中集成了升壓控制器和兩個(gè)降壓控制器，高效率同步升壓轉(zhuǎn)換器給兩個(gè)下游同步轉(zhuǎn)換器饋電，這在汽車啟停系統(tǒng)中是非常有用的特性。
LTC7815啟停應(yīng)用原理圖，工作頻率為2.1 MHz
LTC7815在啟動期間可以以4.5V至38V的輸入電壓工作，并在啟動之后保持工作直到輸入電壓低至2.5V。同步升壓轉(zhuǎn)換器可產(chǎn)生高達(dá)60 V的輸出電壓，在輸入電壓夠高時(shí)，它可讓同步開關(guān)完全導(dǎo)通，以直通輸入電壓，實(shí)現(xiàn)效率最大化。兩個(gè)降壓轉(zhuǎn)換器可產(chǎn)生0.8V至24V的輸出電壓，且整個(gè)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)高達(dá)95%的效率。低至45 ns的最短導(dǎo)通時(shí)間可在2 MHz開關(guān)操作中實(shí)現(xiàn)高降壓比轉(zhuǎn)換，從而避開對噪聲敏感的關(guān)鍵頻段（如AM無線電），并可使用較小的外部組件。
誰說魚和熊掌不可兼得？雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器輕松匹配未來汽車架構(gòu)
新提出的汽車標(biāo)準(zhǔn)（稱為LV 148）將二級48 V總線與現(xiàn)有汽車12 V系統(tǒng)合而為一。此新標(biāo)準(zhǔn)要求12 V總線繼續(xù)為點(diǎn)火、照明、信息娛樂和音頻系統(tǒng)供電。而48 V總線將為主動底盤系統(tǒng)、空調(diào)壓縮機(jī)、可調(diào)懸架、電動增壓器/渦輪增壓器供電，甚至還將支持制動能量回收。在車輛中增加一個(gè)48V供電網(wǎng)絡(luò)并非沒有重大影響。電子控制單元(ECU)將受影響，且需要將其工作范圍調(diào)至更高電壓。
LT8228是ADI公司最近推出的一款雙向DC-DC控制器，通過使用相同的外部功率組件進(jìn)行降壓和升壓，其可提高48V/12V雙電池DC-DC汽車系統(tǒng)的性能、控制功能并簡化設(shè)計(jì)。它可根據(jù)需要在48 V總線至12 V總線降壓模式或12 V至48 V升壓模式下工作。啟動汽車或需要額外電源時(shí)，LT8228允許兩個(gè)電池同時(shí)向同一負(fù)載供電。功率轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)人員利用這個(gè)功能多樣的雙向轉(zhuǎn)換器，可以輕松地配置未來全自動駕駛汽車所需的12V和48 V電池系統(tǒng)。
LT8228采用與降壓轉(zhuǎn)換相同的外部功率組件進(jìn)行升壓轉(zhuǎn)換，是一款具有獨(dú)立補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的100 V雙向恒流或恒壓同步降壓或升壓控制器。電源的流動方向由LT8228自動決定，或由外部控制。輸入和輸出保護(hù)MOSFET用于防止出現(xiàn)負(fù)電壓，控制浪涌電流，并在開關(guān)MOSFET短路等故障條件下在端子之間提供隔離。在降壓模式下，V1端子的MOSFET保護(hù)可防止出現(xiàn)反向電流。在升壓模式下，相同的MOSFET通過一個(gè)可調(diào)整的計(jì)時(shí)器斷路器控制輸出浪涌電流并進(jìn)行自我保護(hù)。
簡化的雙向電池備用系統(tǒng)配置中的LT8228
此外，LT8228還具有雙向輸入和輸出限流和獨(dú)立電流監(jiān)控功能。無主、容錯(cuò)均流允許增加或刪除任何并聯(lián)的LT8228，同時(shí)確保均流精度。當(dāng)禁用單個(gè)LT8228或在故障條件下，它會停止向平均總線輸出電流，從而使均流方案具有容錯(cuò)能力。
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