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汽车电源设计该遵循的六大基本原则

导读: 多数汽车的电源架构在设计时都要遵循最基本的原则,但不是每个设计师都对这些原则有很透彻的了解。本文将对汽车电源设计应遵循的六大基本原则进行一一的讲解,让设计师的基本功更加扎实。

  OFweek电源网 多数汽车的电源架构在设计时都要遵循最基本的原则,但不是每个设计师都对这些原则有很透彻的了解。本文将对汽车电源设计应遵循的六大基本原则进行一一的讲解,让设计师的基本功更加扎实。

  以下是汽车电源架构在设计时需要遵循的六项基本原则。

  1、输入电压VIN范围:12V电池电压的瞬变范围决定了电源转换IC的输入电压范围

  典型的汽车电池电压范围为9V至16V,发动机关闭时,汽车电池的标称电压为12V;发动机工作时,电池电压在14.4V左右。但是,不同条件下,瞬态电压也可能达到±100V。ISO7637-1行业标准定义了汽车电池的电压波动范围。图1和图2所示波形即为ISO7637标准给出的部分波形,图中显示了高压汽车电源转换器需要满足的临界条件。除了ISO7637-1,还有一些针对燃气发动机定义的电池工作范围和环境。大多数新的规范是由不同的OEM厂商提出的,不一定遵循行业标准。但是,任何新标准都要求系统具有过压和欠压保护。

  2、散热考虑:散热需要根据DC-DC转换器的最低效率进行设计

  空气流通较差甚至没有空气流通的应用场合,如果环境温度较高(> 30°C),外壳存在热源(> 1W),设备会迅速发热(> 85°C)。例如,大多数音频放大器需要安装在散热片上,并需要提供良好的空气流通条件以耗散热量。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。如果不使用散热片,封装上的裸焊盘的散热能力限制在2W至3W (85°C)。随着环境温度升高,散热能力会明显降低。

  将电池电压转换成低压(例如:3.3V)输出时,线性稳压器将损耗75%的输入功率,效率极低。为了提供1W的输出功率,将会有3W的功率作为热量消耗掉。受环境温度和管壳/结热阻的限制,将会明显降低1W最大输出功率。对于大多数高压DC-DC转换器,输出电流在150mA至200mA范围时,LDO能够提供较高的性价比。

  将电池电压转换成低压(例如:3.3V),功率达到3W时,需要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。这也正是汽车电源制造商通常选用开关电源方案,而排斥基于LDO的传统架构的原因。

  大功率设计(> 20W)对于热管理要求比较严格,需要采用同步整流架构。为了获得高于单个封装的散热能力,避免封装“发热”,可以考虑使用外部MOSFET驱动器。

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