新型汽车设计需要具超低IQ的高压同步降压型转换器

摘要：汽车中非常复杂的电子系统之快速增加使得对电源管理IC的性能要求更高了。视电源在汽车电源总线上工作部位的不同，电源可能遇到停/启、冷车发动和负载突降情况，而且必须在这类情况发生时，能够自始至终准确地调节输出电压。此外，有些这类系统会以始终保持接通的备用模式工作，需要最小的电源电流。因此，最大限度地减小解决方案占板面积同时最大限度地提高效率也变得至关重要了。

引言

　　每年，汽车都纳入越来越复杂和越来越多的电子系统，以最大限度地提高舒适度、安全性和性能，同时尽量降低有害气体排放。根据市场调查公司Databeans的研究，从 2012 年到 2014 年，汽车半导体市场预计将以 9% 的年复合增长率增长。进一步促进汽车中电子系统日益增多的因素是：新的安全系统、信息娱乐系统 (车载多媒体系统)、引擎、动力传动系统和底盘管理、卫星无线电和电视、LED 照明、蓝牙和其他无线系统以及后视摄像头。几年前，这些系统仅能在“高端”豪华型汽车中见到，但是现在，这些系统在每一个汽车制造商的中档汽车中都能见到，从而促使了汽车IC市场以更快的速度增长。

　　汽车中电子系统增加的另一个关键驱动因素是采用了新型发送机和动力传动系统设计。这些新型设计包括：直接燃料喷射、引擎停-启控制、以及各种不同的混合型 / 电动型汽车配置。这些系统的目标是最大限度地降低有害气体排放，同时提高燃料燃烧效率和汽车的总体性能。这些要求一度是相互排斥的，现在采用“智能”引擎控制系统、大量传感器和几个 DSP 后，汽车制造商能凭借“更干净”地运行的引擎来实现更高的引擎效率。电子控制单元 (ECU) 正在快速增多，以优化很多方面的汽车设计，其中包括引擎和动力传动系统管理以至动态底盘控制。总之，这些新型系统提高了安全性、性能和驾驶员的舒适度，并有助于为我们所有人提供一个更加干净的环境。

　　随着汽车系统中电子组件数量的增多，可用空间在持续缩小，从而极大地提高了每个系统的密度。所有这些系统都需要电源转换IC，而且通常有多个电压轨以适用于每一个子系统。传统上，线性稳压器可以满足大部分这类电源转换需求，因为效率和小尺寸不是很重要。但是随着电源密度提高了数个数量级，而且很多应用都需要在相对较高的环境温度下工作，任何适用的散热器都太大了，无法包括在内。因此，要最大限度地减少以热量形式损失的功率，电源转换效率就变得至关重要了，这促使降压型开关稳压器取代了线性稳压器。然而，新出现的汽车设计要求，甚至在电源电压变化范围非常宽、静态电流非常低和开关频率非常高的情况下，开关稳压器也要提供非常高的效率，而在实现所有这一切的同时，还要提供占板面积非常紧凑和高成本效益的解决方案。

电子瞬态挑战：停/启、冷车发动和负载突降情况

　　停-启系统
　　为了最大限度地提高燃油里程，同时又可尽量降低二氧化碳排放量，其他可替代的动力传动技术一直在发展。无论这些新技术采用了混合电动、清洁柴油还是更传统的内燃设计，它们都有可能还采用了停/启电动机设计。停/启电动机设计几乎已经普遍出现于世界各地所有混合型设计中，很多欧洲和亚洲的汽车制造商也已经开始在传统的汽油和柴油汽车中采用停/启系统。在美国，福特汽车公司最近宣布，将在很多 2012 家用车型中采用这类系统。

　　不过，停/启系统给电源管理系统带来了另一个挑战。首先，在引擎 / 交流发电机关闭时，电池必须能给汽车的各种灯、环境控制以及其他电子系统供电。此外，当引擎再次重启时，电池必须能给启动器供电。再启动时，这种极端的电池加载情况又引入了另一个设计挑战，这一次是电气方面的挑战，因为重启引擎需要吸取大量电流，这有可能暂时将电池电压拉低至 4V，这个变化过程与图 1 所示的冷车发动电压曲线相当类似。当充电器返回稳定状态、电池总线电压短暂低于标称的13.8V 时，要提供一个良好稳定和仅比输入低几百毫伏的输出，以保持关键系统不间断运行，这时对电子系统的挑战就出现了。