設計汽車電源時需考慮的問題
發布時間:2021-05-12 責任編輯:wenwei
【導讀】xuanzeqichedianyuanjichengdianlushi,changchanghushidebushishujubiaoshangdeguige,ershiyuanqijianzaizuizhongshejizhongdegongzuofangshi。zheshiyinweishujubiaozhonghangailejichengdianludexingneng,danbingmeiyoushuomingyuanjianruhezaibihuanxitongzhonggongzuo,yijiruheyuxitongzhongdeqitayuanjianxianghuzuoyong。zaiweiqicheshejixuanzeqianduandianyuanshi,zheyidianxiandeyouweizhongyao。yudianchizhijielianjiededianyuanxuyaoxiaolvgao、尺寸小而且非常安靜。為什麼要這樣呢?
TI的新型LM53635-Q1穩壓器不僅僅是一個轉換器,它還是采用對惡劣環境敏感的先進處理器和傳感器將變速箱、引擎和製動等汽車電動機械係統嘈雜、惡劣環境與高度複雜的電子控製單元(ECU)lianjieqilaidedianyuantiaojiedianlu。qianduandianyuanhaixuyaoguanlishuangdianchihefuzaitujiangdengguzhangheyonghuqingkuang。benwenjiangshuomingzaishejiqichedianyuanshixukaolvnaxiewenti,yijiweilegenghaodiguanlitiaozhanxuyaoweishejitianjianaxiegongneng。benwenhaijiangjieshaoTI的新產品36V、2.1MHz同步降壓穩壓器。
一輛現代汽車上有許多節約燃油的功能;其qi中zhong一yi項xiang功gong能neng就jiu是shi啟qi停ting操cao作zuo。當dang汽qi車che排pai隊dui等deng候hou或huo者zhe等deng紅hong綠lv燈deng時shi,汽qi車che停ting下xia會hui激ji活huo啟qi停ting功gong能neng,關guan閉bi發fa動dong機ji以yi節jie約yue燃ran油you。另ling一yi種zhong稱cheng為wei冷leng啟qi動dong的de情qing況kuang會hui對dui係xi統tong造zao成cheng相xiang似si的de電dian子zi負fu載zai。發fa動dong機ji的de啟qi動dong會hui對dui係xi統tong產chan生sheng很hen大da的de負fu載zai,引yin起qi電dian池chi電dian壓ya的de下xia降jiang。
在zai啟qi停ting或huo冷leng啟qi動dong的de情qing況kuang下xia,電dian壓ya會hui突tu然ran大da幅fu下xia降jiang,使shi降jiang壓ya轉zhuan換huan器qi失shi去qu作zuo用yong。在zai一yi些xie情qing況kuang下xia,或huo許xu要yao在zai電dian路lu中zhong使shi用yong升sheng壓ya轉zhuan換huan器qi來lai支zhi持chi係xi統tong。如ru果guo設she計ji的de電dian源yuan支zhi持chi電dian壓ya突tu然ran降jiang低di,就jiu可ke以yi節jie省sheng升sheng壓ya的de支zhi出chu,以yi及ji與yu增zeng加jia的de元yuan件jian相xiang關guan的de成cheng本ben、空間和功耗。
接近100%的占空比、非工作時間非常短和低導通電阻高端場效應晶體管(FET)電阻的組合使得LM53635-Q1(見圖1)能夠在滿負載和全工作溫度範圍條件下支持電壓降至0.6V以下,同時為下遊電源保持穩壓功能,而不增加設計的複雜程度。

圖1:LM53635-Q1電壓降
由於汽車中使用的線束日益複雜、係統中的ECU節點數量不斷增加等原因,提供低電磁幹擾(EMI)的電源變得更加重要。每一個線束和ECU都會產生在汽車周圍傳播的噪聲,影響其他應用。考慮到安全應用數量不斷增加,低電磁幹擾功能也備受期待。TI在設計LM53635-Q1時采用了幾項技術來降低電磁幹擾。
一項技術是根據LM53635-Q1調節和過濾使用的被動元件的最佳位置進行設計封裝布局。如圖2所示,使用的引腳使得高頻輸入電容(在開關節點兩側接地)呈對稱分布,GND與開關之間產生的電感降低,從而去除噪聲。

圖2:高頻CIN電容位置
另(ling)外(wai),以(yi)特(te)定(ding)的(de)方(fang)式(shi)進(jin)行(xing)封(feng)裝(zhuang),能(neng)夠(gou)去(qu)除(chu)封(feng)裝(zhuang)內(nei)部(bu)的(de)寄(ji)生(sheng)回(hui)路(lu)電(dian)感(gan)和(he)電(dian)容(rong),降(jiang)低(di)開(kai)關(guan)節(jie)點(dian)振(zhen)鈴(ling)噪(zao)聲(sheng),開(kai)關(guan)節(jie)點(dian)振(zhen)鈴(ling)是(shi)產(chan)生(sheng)噪(zao)聲(sheng)的(de)主(zhu)要(yao)原(yuan)因(yin)(見圖3)。如果能在源頭上降低噪聲,則無需解決增加元件引起的問題。

圖3:LM53635-Q1的開關節點
降低係統噪聲的另一項技術是展頻,展頻能夠調節中心開關頻率(此案例中為2.1MHz),抑(yi)製(zhi)諧(xie)波(bo)和(he)子(zi)諧(xie)波(bo)。展(zhan)頻(pin),正(zheng)如(ru)其(qi)名(ming)稱(cheng)所(suo)示(shi),對(dui)降(jiang)低(di)整(zheng)體(ti)噪(zao)峰(feng)非(fei)常(chang)有(you)效(xiao),但(dan)不(bu)會(hui)影(ying)響(xiang)噪(zao)底(di)。但(dan)是(shi),因(yin)為(wei)展(zhan)頻(pin)能(neng)夠(gou)處(chu)理(li)高(gao)頻(pin)諧(xie)波(bo),有(you)助(zhu)於(yu)滿(man)足(zu)通(tong)常(chang)非(fei)常(chang)嚴(yan)格(ge)的(de)原(yuan)始(shi)設(she)備(bei)製(zhi)造(zao)商(shang)(OEM)的電磁幹擾標準,使印刷電路板設計更簡單,降低濾波元件的尺寸和成本。
圖4為30MHz至108MHz頻帶的LM53635-Q1,左圖為展頻關閉,右圖為展頻開啟。
為滿足CISPR25第5類限製(最嚴格的規範)而消除300MHz至108MHz電磁幹擾

圖4:使用展頻抑製高頻諧波
需xu要yao克ke服fu的de主zhu要yao挑tiao戰zhan之zhi一yi是shi因yin空kong間jian限xian製zhi和he周zhou圍wei環huan境jing造zao成cheng的de發fa熱re問wen題ti。今jin天tian許xu多duo汽qi車che設she計ji常chang常chang集ji成cheng到dao用yong於yu機ji械xie功gong能neng的de已yi有you的de外wai形xing和he尺chi寸cun當dang中zhong,或huo僅jin僅jin集ji成cheng到dao汽qi車che設she計ji的de空kong閑xian空kong間jian中zhong。後hou視shi鏡jing就jiu是shi一yi個ge很hen好hao的de例li子zi。在zai過guo去qu,後hou視shi鏡jing是shi手shou動dong操cao作zuo的de簡jian單dan設she備bei,但dan現xian在zai卻que集ji成cheng了le越yue來lai越yue多duo的de電dian子zi器qi件jian,實shi現xian照zhao相xiang機ji等deng新xin功gong能neng。考kao慮lv到dao太tai陽yang照zhao射she熱re和he後hou視shi鏡jing的de外wai殼ke材cai料liao(通常是塑料),印刷電路板上電子器件的溫度能達到105℃。電源要小到能夠管理集成的電子器件,同時還需要具備很高的效率,不會引起自身發熱。TI設計的LM53635-Q1效率高,能夠降低損耗,並以2.1MHz頻率工作,讓電源所需其他元件的尺寸盡可能小,從而管理熱量和尺寸問題。參見圖5。

圖5:LM53635-Q1以2.1MHz工作時的效率
保(bao)持(chi)質(zhi)量(liang)對(dui)於(yu)汽(qi)車(che)設(she)計(ji)至(zhi)關(guan)重(zhong)要(yao),在(zai)設(she)計(ji)安(an)全(quan)相(xiang)關(guan)係(xi)統(tong)時(shi)尤(you)其(qi)如(ru)此(ci)。可(ke)焊(han)性(xing)往(wang)往(wang)是(shi)可(ke)靠(kao)性(xing)的(de)問(wen)題(ti)之(zhi)一(yi)。為(wei)了(le)提(ti)高(gao)焊(han)縫(feng)質(zhi)量(liang),可(ke)以(yi)使(shi)用(yong)多(duo)項(xiang)技(ji)術(shu);其中一項技術為可潤濕側翼。參見圖6。可(ke)潤(run)濕(shi)側(ce)翼(yi)是(shi)在(zai)封(feng)裝(zhuang)邊(bian)沿(yan)切(qie)割(ge)出(chu)空(kong)腔(qiang)的(de)工(gong)藝(yi),使(shi)得(de)引(yin)腳(jiao)側(ce)能(neng)夠(gou)進(jin)行(xing)更(geng)多(duo)可(ke)視(shi)潤(run)濕(shi),便(bian)於(yu)光(guang)學(xue)檢(jian)測(ce)。該(gai)技(ji)術(shu)非(fei)常(chang)有(you)用(yong),因(yin)為(wei)無(wu)需(xu)對(dui)封(feng)裝(zhuang)進(jin)行(xing)X射線檢測即可確保焊接充分,同時保障了焊縫的完整性。

圖6:LM53635-Q1使用的可潤濕側翼工藝
zhengrubenbowenqianmianqiangtiaode,zaishejiqichedianyuanshihaixuyaokaolvhenduowenti,xuyaokaolvweishejizengjianaxiegongnengshisuomianlindetiaozhangengyiyuguanli。zhiyoulijiezhexiewentihou,cainengshixiangengkuaisudesheji、更小的解決方案和更低的成本。觀看視頻,了解如何使用TI的LM53635-Q1來解決汽車電磁幹擾、發熱和係統挑戰。
其他信息:
● 獲得更多關於TI 2.1 MHz汽車轉換器家族的信息。
● 在你的下一個設計中考慮使用LM53635-Q1。
● 下載《汽車信息娛樂電源係統參考設計》了解汽車信息娛樂係統的完全關閉電池前端電源。
● 閱讀博文“汽車應用可潤濕側翼QFN封裝”獲得關於可潤濕側翼封裝的更多信息。
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