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大多数汽车电子模块所需电压(5V和3.3V)都从汽车电池变换而来。用线性稳压器实现这种变换会产生显著的功耗，使热管理变困难和造价昂贵。更快处理器和ASIC的更高功率要求促使电源变换器从简单、低成本、效率不高的线性稳压器变成更复杂、效率高的开关变换器。
选择变换器
开关变换器的大小取决于开关频率。随着开关频率更高，而电源电感器和电容器变得更小。高效率变换器也可降低功耗，从而消除体积大，昂贵的散热器。这些优点使开关变换器成为车身电子、音响和引擎控制模块的电源管理首选。
较高的开关频率会增加功耗，然而会带来采用开关稳压器的其他好处。开关损耗在较高输入电压时会显著的变差，因为开关损耗正比于工作电压平方。此外，高电压IC(40V或更高电压)工艺需经受过压瞬变(如负载卸载导致损耗增加)考验。高电压工艺用较大的外形尺寸和较厚的栅极厚度。较长的沟道意味着较长的传播延迟。因此，高电压工艺固有是慢速和效率不高的。
应力条件
持续时间长于电子器件热时间常数的任何过压条件可认为是1个稳态现象。这种情况下，主要关心的是连续功耗和引起的温度上升。
电压调整器的输出设置点通常为13.5V左右。交流发电机电压调整器在不考虑负载或输出电压条件下提供满励磁电流可能会失效。此情况发生时，超过13.5V的电压会加到整个系统。通常OEM的失效调整器测试要求是大约18V(1个小时时间)。
跳变起始点
另一个过压条件是：稳态是双电池跳变起始。此条件通常发生在用24V系统来跳变起始一个不能行驰的车辆。典型的OEM双电池测试要求需要用24V两分钟。可靠的引擎管理和相关安全系统需要工作在这些条件下。
每当电流中断时、通常总会产生1个过压脉冲，所以需要滤波器、MOV(金属氧化物变阻器)或瞬态电压抑制器来抑制这些过压瞬变。ISO7637标准针对这些感应的开关瞬变过压条件规定4个基本的测试脉冲。
抑制系统
电池电压不能直接馈入低电压高性能开关稳压器。代之以在传统输入电压限制器之后，在电池和开关稳压器之间必须增加瞬态电压抑制器(如MOV)和旁路电容器。这些简单电路围绕P沟MOS FET设计(见图1)。当输入电压VBAT低于齐纳二极管Z2的击穿电压时MOSFET工作在饱和状态。在输入电压瞬变期间，MOSFET阻止高于Z2击穿电压的电压。此电路的缺点是元件数多和P沟MOSFET费用。
图1 用P沟MOSFET的一般电压保护电路
另一种方法包含1个NPN晶体管，其集电极连接到电池上，发射极连接到下游电路。连接在晶体管基极和地之间的齐纳二极管箝位基极电压，因此调整发射极电压(VBE)低于电压V2。尽管此电路比MOSFET电路成本低，但效率低。此外，跨接在晶体管上的压降增加了最小工作电池电压，此电压在冷曲轴期间是关键性的。
第3种可能的方案包含1个N沟MOSFET，用做阻塞元件。N沟MOSFET比P沟MOSFET便宜。然而，驱动栅极的电路是比较复杂的，栅极上的电压必须高于源极上的电压。Maxim公司的MAX6398包含1个驱动外部N沟MOSFET的内部电荷泵(图2)。在负载卸载期间，当VBAT高于设置限值时MOSFET完全关断;只要VBAT保持大于设置电压，它就一直保持关断状态。MAX6398控制N沟MOSFET来保护高性能电源防止来自汽车过压。连接下游的MAX5073 2MHz两输出降压变器减小了电路尺寸。保护器与低电压/高频电源相接合的方法与工作在显著较低频率的高压变换器相比节省空间和成本。
图2 N沟MOSFET开关用做阻塞器件 |
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