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整理汽车电源设计的六个基本原则

  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。

  3、静态工作电流(IQ)及关断电流(ISD)

  随着汽车中电子控制单元(ECU)数量的快速增长,从汽车电池消耗的总电流也不断增长。即使当发动机关闭并且电池电量耗尽时,有些ECU单元仍然保持工作。为了保证静态工作电流IQ在可控范围内,大多数OEM厂商开始对每个ECU的IQ加以限制。例如欧盟提出的要求是:100μA/ECU。绝大多数欧盟汽车标准规定ECU的IQ典型值低于100μA。始终保持工作状态的器件,例如:CAN收发器、实时时钟和微控制器的电流损耗是ECU IQ的主要考虑因素,电源设计需要考虑最小IQ预算。

  4、成本控制:OEM厂商对于成本和规格的折中是影响电源材料清单的重要因素

  对于大批量生产的产品,成本是设计中需要考虑的重要因素。PCB类型、散热能力、允许选择的封装及其它设计约束条件实际受限于特定项目的预算。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。

  项目预算还会导致另一制约条件,用户能够接受更高成本的ECU,但不会花费时间和金钱用于改造传统的电源设计。对于一些成本很高的新的开发平台,设计人员只是简单地对未经优化的传统电源设计进行一些简单修整。

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