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    [導讀]我們可能有過啟動汽車的經歷,只是聽到咔噠聲而不是引擎轉動。這是由電池沒電引起的,盡管有很多原因導致這種情況發生,但在大多數情況下,這是人為錯誤(有沒有人一夜之間把室內燈打開?)。啟動汽車時也可能出現人為錯誤。

    我們可能有過啟動汽車的經歷,只是聽到咔噠聲而不是引擎轉動。這是由電池沒電引起的,盡管有很多原因導致這種情況發生,但在大多數情況下,這是人為錯誤(有沒有人一夜之間把室內燈打開?)。啟動汽車時也可能出現人為錯誤。

    如何克服汽車前端設計挑戰

    1 – 正確連接跨接啟動電纜的電池。

    汽車系統設計人員必須為在啟動汽車發動機時出現錯誤而可能出現的兩種情況做好準備:電池反接和雙電池情況。反向電池是指電池的跨接電纜的紅色端子連接到電池的地,黑色端子連接到電池的正極,與圖 1 相反。在這種情況下,二極管將保護系統,但在同時,二極管在正常運行時會產生系統損耗。根據系統的額定功率,正向壓降可以在 0.5V 至 1.0V 之間。這會產生熱量并增加整個系統的效率。

    卡車和公共汽車使用兩個串聯的電池,而汽車只有一個電池。周圍唯一可以啟動我們的汽車的車輛可能是卡車。這會導致雙電池情況,此時施加到整個系統的電壓現在是兩倍。這給系統帶來了很大的壓力。

    負載突降是工程師必須設計系統以承受和生存的另一個條件。這不會因電池反接等用戶錯誤而發生,因為它與系統本身產生問題有關。

    如何克服汽車前端設計挑戰 

    2 – 負載突降情況圖。

    當交流發電機或電池的接地由于腐蝕甚至安裝不良而與系統斷開時,就會發生負載突降(如圖 2 所示)。這種斷開會產生一個很大的電壓尖峰,可能會影響整個系統。交流發電機在汽車電氣系統運行中起著重要作用,因此如果沒有它,我們的電池將耗盡。

    所討論的所有條件都對汽車前端設計提出了重大挑戰,即如何保護控制單元、傳感器和娛樂系統等電子設備免受破壞性浪涌、電壓瞬變、靜電放電 (ESD) 和電源線上存在的噪聲的影響。瞬態電壓抑制器 (TVS) 是一種用于汽車電子保護的低成本解決方案,具有這些汽車應用的幾個重要參數,包括額定功率、關斷電壓、擊穿電壓和最大擊穿電壓。我們還必須確保使用更高 V IN的下游 DC/DC 轉換器,以便系統不會出現尖峰問題,因為 TVS 無法抑制所有內容。

    在前端電源中,當將電池電壓轉換為處理器所需的電壓時,開關穩壓器對于系統的整體功率密度和效率至關重要。開關穩壓器的問題在于它在運行時會產生噪聲。開關需要快速改變電氣條件:這包括進入開關的電流;開關節點電壓變化;和輸出電壓紋波,以及與外部元件選擇有關的其他因素。在控制向多個方向循環的大量電力時,由于物理定律,其中一些因素無法改變。所有這些條件都有助于電磁兼容性,簡稱為 EMC。

    汽車 EMC 的主要標準稱為 CISPR 25,它根據終端設備要求的嚴格程度和 EMC 需要的程度包括幾個等級。我們經??梢栽谑找魴C的 AM 頻段聽到 EMC 產生的噪音。這是非常不可取的,因此我們需要通過過濾來抑制這種噪聲。汽車專用開關穩壓器旨在通過結合架構(電流模式是汽車中最常見的架構)、組件布局(盡可能靠近開關穩壓器并盡可能少)甚至器件引腳排列來最大限度地降低電磁噪聲。它永遠不能為零,但可以減少。

    TI,我們開發了一個參考設計,使前端汽車電源設計人員能夠滿足所有這些汽車系統標準并解決本博客中討論的問題。

    如何克服汽車前端設計挑戰 

    3 – TI用于汽車后置攝像頭和 ADAS 系統的 CISPR 25 5 類多輸出參考設計。

    3 所示的 TI Designs 參考設計是一種傳導電磁干擾 (EMI) 優化的多輸出設計,符合 CISPR 25 5 類汽車標準。這種 9W 設計非常適合支持冷車發動條件的寬范圍 V IN汽車高級駕駛輔助系統 (ADAS) 應用。該參考設計采用LM53603-Q1 DC/DC 穩壓器(用作降壓)、LM26420 DC/DC 穩壓器(用作雙降壓)和TPS60150開關電容器電壓轉換器(用作 5V 輸出的電荷泵)。該設計接受 4.5V IN 20V IN的輸入電壓并提供 1.0A 時 3.3V、1.0A 時 2.5V、1.0A 時 1.8V 和 100mA 時 5V 的輸出。它體積小、價格便宜、效率高,并可針對 ADAS 和其他汽車相關應用進行定制。四層印刷電路板 (PCB) 尺寸為 65mm x 100mm。

    用于汽車后置攝像頭和 ADAS 系統參考設計的CISPR 25 5 類多輸出參考設計確保符合汽車電源設計工程師面臨的所有相關 EMC、瞬態電壓甚至尺寸限制。該設計還可以防止前面討論的故障條件,例如雙電池和反向電池,它們通常與開關穩壓器無關,而是整個系統設計的一部分。



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