1.輸入電壓VIN范圍:12V電池電壓的瞬態范圍決定了電源轉換IC的輸入電壓范圍。
典型的汽車電池電壓范圍為9V至16V。
當發動機關閉時,汽車電池的標稱電壓為12V。
當發動機運轉時,電池電壓約為14或4V。
但是,在不同條件下,瞬態電壓也可能達到±100V。
ISO7637-1工業標準定義了汽車電池的電壓波動范圍。
圖1和圖2中所示的波形是ISO7637標準給出的部分波形,它顯示了高壓汽車電源轉換器必須滿足的臨界條件。
除了ISO7637-1之外,還有一些針對燃氣發動機的電池工作范圍和環境。
大多數新規范由不同的OEM提出,并不一定遵循行業標準。
但是,任何新標準都要求系統具有過壓和欠壓保護。
2,散熱考慮:需要根據DC-DC轉換器的最低效率設計散熱。
在空氣循環不良或沒有空氣循環的應用中,如果環境溫度高(& 30℃),則外殼中有一個熱源(& 1W),設備將迅速升溫(& 85°C)。
例如,大多數音頻放大器需要安裝散熱器,并且需要提供良好的氣流條件以散熱。
此外,PCB材料和某些銅包層區域有助于提高傳熱效率,實現最佳散熱效果。
如果不使用散熱器,封裝上裸露焊盤的散熱能力不會超過2W至3W(85°C),并且隨著環境溫度的升高,散熱能力會顯著降低。
當將電池電壓轉換為低電壓(例如,3,3V)輸出時,線性穩壓器將以非常低的效率損失75%的輸入功率。
為了提供1W的輸出功率,3W的功率將作為熱量消耗。
受環境溫度和外殼/結熱阻的限制,1W的最大輸出功率將顯著降低。
對于大多數高壓DC-DC轉換器,當輸出電流在150mA至200mA范圍內時,LDO具有很高的性價比。
將電池電壓轉換為低電壓(例如,3,3V),當功率達到3W時,您需要選擇高側開關轉換器,它可以提供超過30W的輸出功率。
這就是為什么汽車電源制造商通常使用開關電源解決方案來排除傳統的基于LDO的架構。
高功率設計(& 20W)需要嚴格的熱管理并且需要同步整流架構。
為了實現比單個封裝更高的散熱并避免“發熱”。
在封裝中,考慮使用外部MOSFET驅動器。
3.靜態工作電流(IQ)和關斷電流(ISD):隨著汽車中電子控制單元(ECU)數量的快速增加,汽車電池的總電流輸出也在增加。
即使發動機關閉且電池耗盡,某些ECU單元仍可運行。
為了確保靜態工作電流IQ在可控范圍內,大多數OEM開始限制每個ECU的IQ。
例如,歐盟的要求是:100A / ECU。
大多數歐盟汽車標準規定ECU的IQ通常低于100A。
始終處于活動狀態的設備(如CAN收發器,實時時鐘和微控制器電流損耗)是ECUIQ的關鍵考慮因素,電源設計需要考慮最低IQ預算。
4.成本控制:OEM與成本和規格之間的折衷是影響電源材料清單的重要因素。
對于大批量生產的產品,成本是設計中需要考慮的重要因素。
PCB類型,散熱能力,允許的封裝選擇以及其他設計約束實際上受特定項目預算的限制。
例如,對于4層FR4和單層CM3,PCB的散熱能力可以有很大差異。
項目預算還導致另一個限制,允許用戶接受更高成本的ECU,但不花費時間和金錢來改造傳統的電源設計。
對于一些新的,昂貴的開發平臺,設計人員只需對未經優化的傳統電源設計進行一些簡單的改進。
5.位置/布局:電源設計中PCB和元件的布局限制了電源的整體性能。
結構設計,電路板布局,噪聲靈敏度,多層板的互連問題以及其他布局限制可能會限制高芯片集成電源的設計。
使用負載點功率來產生所有必需的電源也可能導致高成本,并且在單個芯片上具有許多組件并不理想。
電源設計人員需要根據特定項目需求平衡整體系統性能,機械約束和成本。
6.電磁輻射:電磁輻射由隨時間變化的電場產生。
輻射強度取決于場的頻率和幅度。
一個工作電路產生的電磁干擾直接影響另一個電路。
例如,無線電信道的干擾會導致安全氣囊故障。
為避免這些負面影響,OEM已為ECU單元設置了最大電磁輻射限制。
為了將電磁輻射(EMI)保持在受控范圍內,DC-DC轉換器的類型,拓撲結構,外圍組件選擇,電路板布局和屏蔽都很重要。
經過多年的積累,功率IC設計人員開發了各種技術來限制EMI。
外部時鐘同步,比AM調制頻帶更高的工作頻率,內置MOSFET,軟開關技術和擴頻技術都是近年來推出的EMI抑制解決方案。