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如何提升汽车CAN总线能效以增强燃油经济性?

2014-01-23 15:04
老猫
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  对于传统乘用车而言,油箱是唯一的实际能源来源,故制造商们寻求在包括电子系统在内的所有汽车系统中节能,以进一步改善燃油经济性及二氧化碳(CO2)排放。随着汽车中增添的电子系统的数量不断增多,以增强汽车性能及安全性,并为购买者提供有吸引力的新功能,汽车中每个电子控制单元(ECU)的节能效果较低的话,就会使总油耗大幅增加。

  芯片设计人员采用不同技术及途径,已经能够降低他们提供的器件的总能耗。在单个系统基础芯片(SBC)中结合多个器件的功能,并应用不同电源管理策略,还能帮助进一步降低总能耗。这些进展表示当今的内燃发动机汽车能够舒适安全地搭载乘客,而使用的燃油更少,碳排放更低。

  增强型系统基础芯片

  SBC为连接至汽车(CAN或LIN)总线的各种模块(如车门模块)提供电能、驱动器及连接功能。通常情况下,它们可能集成稳压器, 为控制器及传感器、高边和/或低边驱动器、收发器接口及唤醒或看门狗引脚等其它系统连接功能供电。在单片器件中集成这些功能且结合内置电源管理,跟使用分立元件相比,在功率、成本及尺寸方面具备优势。当今的SBC使用现有技术及电源管理,能提供约20 μA的休眠电流及约60 μA的待机电流。

  在一款典型SPC中,片上稳压器通常是低压降(LDO)线性稳压器,如图1所示。基于这个原因,设计人员面临的主要挑战就在于散热管理,因为LDO功率耗散相对较高。对于5 V时150 mA的稳流供电电流而言,SBC应当能够耗散高达1.3 W的总功率。如果SBC的LDO包含内置旁路元件,此功率就在SBC封装内部耗散。用于需要更大电流(通常高于250 mA)的模块的SBC,通常设计为与外部旁路元件一起使用。这就有效分散SBC与外部MOSFET之间的功率耗散,从而能够扩展实用的环境温度范围。

  如何提升汽车CAN总线能效以增强燃油经济性?

图1. 包含LDO稳压器的传统SBC

  提升电源电路的能效,如在某些或全部LDO处使用开关模式的DC-DC转换器,能够大幅降低汽车中每个CAN节点SBC的功率损耗额。这能帮助简化散热管理,还能提升燃油经济性。

  在仔细选择转换器架构的情况下,采用开关模式DC-DC转换的SBC能为使用自动停止-启动(或微混合)技术的较新型车提供重要优势。自动停止-启动技术在汽车停下来 (如等候交通信号灯) 时关闭发动机,能够降低市区行驶的燃油消耗约15%至20%;当驾驶员踩下加速踏板(油门)时,发动机自动重启,使系统有效地工作,而且这个过程对驾驶人员而言是透明的。为了确保CAN总线上的所有系统都能够持续恰当地发挥功用,应用必须保持全面工作,即使是在发动机启动期间电池电压降至2.5 V那么低时,也是如此。在这种情况下,升压-降压DC-DC拓扑结构使SBC能够在所有工作条件下提供所要求的稳压输出电压。

  如何提升汽车CAN总线能效以增强燃油经济性?

图2:采用DC-DC转换器的SBC

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