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昂佳汽车应急启动电源设计的基本原则

来源: 点击:发表时间:2015-05-14
随着汽车应急启动电源行业的不断进步,产品更新换代速度的加快,我们昂佳每个设计师在设计汽车电源架构时都必须遵循六项基本原则,让消费者的权益得到保障,使汽车应急启动电源行业健康持续发展。 1、电压VIN范围:12V电源电压的瞬变范围决定了电源转换IC的输入电压范围
最普遍的汽车应急电源电压范围为9V至16V,当发动机关闭的时候,汽车电源的标准电压应为12V;当发动机使用时,电源电压应为14.4V。但是,我们使用汽车电源时受环境、条件等因素影响,电压也许会达到±100V。ISO7637-1行业标准定义了汽车电池的电压波动范围。除了ISO7637-1,还有一些针对燃气发动机定义的电池工作环境和范围。不同的OEM厂商提出了不同的新规范,厂商们不一定遵循行业标准。但是,任何新标准都应必须要求系统具有过压保护和欠压保护。
2、散热考虑:我们应根据DC-DC转换器的最低效率进行散热设计,在空气流不畅甚至没有空气流通的实际场合,假设场合内温度较高(> 30°C),外壳接触热源(> 1W)时,设备会迅速的发热,温度逐渐的升高(>85°C)。例如,一般情况下音频放大器需要安装在散热片上,而且需要提供良好的空气流通条件以散发热量。另外,PCB材料和一定的覆铜区域有助于提高热传导效率,从而达到最佳的散热条件。如当散热片不使用,封装上的裸焊盘的散热能力限制在2W至3W (85°C)。随着场合内温度升高,散热能力会明显降低。
在电源电压进行低压(例如:3.3V)转换时,线性稳压器将被损耗75%的输入功率,效率非常低。为了制造1W的输出功率,可能会有3W的功率作为热量消耗掉。受场合温度和管壳/结热阻的限制,将会显著的降低1W最大输出功率。对于普遍的高压DC-DC转换器,输出电流在150mA至200mA范围时,LDO 能够提供相对较高的性价比。
  在电源电压进行低压(例如:3.3V),功率达到3W时,应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。这成为了汽车电源制造商选择开关电源方案的常用方式,而基于LDO的传统架构被排斥的原因。
  3、关断电流(ISD)与静态工作电流(IQ)
在汽车中电子控制单元(ECU)数量急剧上升中,汽车电池的总电流消耗也急剧的增长。即便在电池电量耗尽并关闭发动机时,仍会有少数ECU单元依然处于工作当中。OEM厂商普遍的开始对每个ECU的IQ予以限制就是为了确保静态工作电流IQ在可控范围内。例如欧盟制定的要求是:100μA/ECU。ECU的IQ典型值低于100μA成为了大部分欧盟汽车标准规定。一直持续工作状态的器件,比如:电源设计需要考虑最小IQ预算成为了一些器件电流损耗ECU IQ的必然考虑因素,
  4、控制成本:影响OEM厂商电源材料清单的必然因素是对成本和规格的折中考虑
对于量产化的产品,设计中需要考虑的重要因素是成本。特定项目的预算也成为了PCB类型、可以选择的封装及其它设计的约束条件。例如,使用4层板FR4和单层板CM3,PCB的散热能力就会有很大差异。
  项目预算的另一制约条件是:用户能够接受成本更高的ECU,但不会把时间和金钱花费在改造传统的电源设计。对于一些新的开发平台成本很高,设计人员只是简单的修整对未经优化的传统电源设计。
5、布局及位置:电源的整体性能会限制PCB元件布局
和电源设计中结构设计、、噪声灵敏度、多层板的一系列问题以及其它布板限制都会制约高芯片集成电源的设计。而将众多元件集于单一芯片并不理想,利用负载点电源产生所有必要的电源也会导致高成本的产生。平衡整体的系统性能、机械限制和成本
需要设计人员根据具体的项目需求实际出发。  
6、电磁的辐射
在时间的变迁中电磁辐射会逐渐与电场中产生,电场的频率和辐射决定了辐射强度,一个工作电路会直接被其他的电路所干扰。比如,安全气囊可能会被无线电频道的干扰导致可误动作,这些负面影响不可消除,OEM厂商针对ECU单元制定了最大电磁辐射限制,减小这些负面影响。
我们每个设计师在设计汽车电源架构时都必须遵循六项基本原则,让消费者的权益得到保障,使汽车应急启动电源行业健康持续发展。
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