汽车电子产品日益增长的需求给电源IC设计带来了新的机遇和挑战(04-100)

　　引言

　　在过去的10年里，汽车电子产品有了突飞猛进的发展，车载电子控制、导航以及娱乐系统不管是在数量上还是在精细程度上都有了显着的提高。今后，车载电子产品的发展有望进一步加速。据市场预测，全球汽车半导体市场的规模将从2003年的123亿美元增长至2007年的170亿美元以上；汽车电子系统在车辆总成本中所占的比例将从目前的20% 飚升至2008年的30%。几个大发展趋势对汽车电子产品的这种高速成长起到了推波助澜的作用。在汽车系列的一端，诸如油门控制、制动和悬挂控制等众多传统上的机械系统目前均采用电子系统来进行控制和优化。而在另一端，LED照明、娱乐和无线导航正迅速成为非豪华型汽车的标准设备。所有这些系统均要求进行某种类型的电源管理，而且，它们所面临的电子技术挑战很多，与此同时，维持高可靠性也是极为重要的。

　　本文将重点探讨目前以及下一代汽车中分布式电源和LED照明的成长。这两个区段专业市场给汽车电子产品设计师和制造商均带来了新的挑战。了解这些挑战并找到可行的解决方案是最为重要的，因为与这些系统相关联的发展似乎是没有止境的。

　　分布式电源单元

　　在汽车的整个底盘上，存在着为数众多的分布式电源或“负载点”电源。这些电源单元(PSU)负责对12V(标称值为13.8V)的总线电压进行降压(或升压)操作，以便为大量的子系统供电。这些子系统包括远程信息处理/导航系统、电动座椅和电动车门、车身内部和外部照明以及电子刹车和引擎操控等。这些系统所要求的电源电压范围有可能从36V(用于某些LED应用)到1.2V(用于驱动低电压微处理器)—诸如导航设备等诸多系统也许需要在一个单元中采用8个以上的不同电压电平。视PSU在汽车电源总线上操作位置的不同，它有可能需要在功率要求非常苛刻的条件下运行。这些要求包括负载突降、冷车发动、轻负载条件下的极低功耗以及低噪声操作。此外，通常还要求解决方案的占位面积非常紧凑狭小，并具有较高的热效率。凌特公司正在不断壮大其专为满足上述苛刻要求而开发的产品系列。

　　负载突降条件(60V瞬变保护)

　　“负载突降”指的是电池电缆在交流发电机向电池充电的过程中发生断接的状态。当交流发电机试图对电池进行满充电时，电池电缆的这种突然断接会产生高达60V的瞬态电压尖峰。交流发电机上的瞬态电压抑制器通常会把总线电压箝位于36V至60V之间，并吸收掉大部分的浪涌电流。然而，交流发电机的下行DC/DC转换器将承受这些60V的瞬变尖峰电压。由于预料到这些转换器以及由它们供电的子系统均会在该瞬变事件发生期间以及之后执行操作，因此，至关重要的是DC/DC转换器应具备处理这一高电压(最大值为60V)瞬变的能力。可以采用多种能够在外部实现的保护电路(常常是抑制器)，但这样会导致成本的增加，并占用宝贵的板级空间。凌特的多款高电压开关稳压器(包括LT3433、LT3434和LT1976)均能够承受高达60V的瞬变电压，并能够在不影响系统性能或可靠性的情况下维持输出的稳定。一般地，这些降压型或降压-升压型转换器将暴露于因充电/电池系统中的中断所引起的车用电池和交流发电机电压瞬变条件之下。

　　冷车发动条件

　　“冷车发动” 是一个在车辆引擎经受了一段时间的低温或冰点温度的情况下出现的情况。引擎润滑油变得非常粘滞，而且要求起动机电机提供更大的扭矩，而这反过来又需要从电池获得更多的电流。在点火时，该大电流负载会把电池/主总线电压拉低到4V，之后它一般将恢复至13.8V的标称值。当某些子系统在这种冷车发动的整个过程中都需要一个经过良好稳压的5V恒定输出时，就会发生上述问题。这些应用包括ECU、环境和应急系统微处理器，它们对于确保车辆的安全性以及可靠的性能是至关重要的。以往，人们是通过采用双电感器SEPIC(单端初级绕组电感器耦合)DC/DC转换器来满足这些要求的。SEPIC拓扑结构不利的一面在于其双电感器配置不仅成本昂贵、体积庞大，而且效率较低(约为70%)。