原创 所采用的保险尺度要求极高

因此Vlocal必需比Vx+VDox高只有在整体电压跨越指定压降的情况下低压降稳压器才会将电压稳定下来。

还必需提供更具竞争力的老本优势。本文将针对这些设计要求讨论如何为汽车电子系统设计老本低廉的电源，汽车电子设计在面临性能、可靠性、上市时间等多重设计要求的条件下。以及系统设计(及重新设计)可靠性和芯片老本等问题，并探讨有关问题的解决法子。

将会面对很多新的挑战：汽车电子系统的工作环境极为恶劣，新款的汽车采用越来越多精密的电子零件。这种发展趋势使得芯片厂商在开发新芯片时。例如汽车的使用期较长，工作的温度范围很宽；还有电磁干扰和电磁兼容性，甚至机械性能等问题需要解决。芯片产品的整体老本蒙受很大的压力条件下，技术上还需要像军品那样必需符合严格的要求。出厂的汽车必需保险可靠，能长时间保持最佳的性能状态，才可满足用户的要求。此外，汽车的设计周期必需缩短，以确保新车可以尽快推出市场。

设计流程

以协助系统设计工程师设计电源。基于该工具，美国国家半导体公司很早便已推出一套用途非常广泛的WEBENCH网上设计工具。系统设计工程师即使对电源的设计认识不深，也可将最高及最低输入电压、输出电压及电流、温度范围等设计参数输入到WEBENCH设计软件将根据这些参数为他挑选一些切合其设计需要的电源管理芯片。

其中包括最新推出内含电源开关及控制器的SimplSwitcher系列开关稳压器芯片。芯片选定之后，系统设计工程师接着可以从这些芯片之中挑选最切合他需要的一款。WEBENCH设计软件会为工程师提供一个附有电路图的系统解决方案，以便工程师可以利用电路图进行仿真测试，以测试系统的电子特性以至其散热能力。

系统设计工程师只要利用这套设计工具便可迅速完成电源的设计。这个设计网站的数据库贮存了数百款芯片的资料，WEBENCH网上设计工具非常容易使用。所有设计工具都可支持多种不同的架构。设计完成之后，工程师可将整个设计与同事或供应商参考，甚至可以在网上订购原型电路板，供应商保证有关产品几日内便可送到客户手中，所需的分立元件也会跟模板一并寄出，工程师只需将分立元件焊在电路板上便可，这样可确保产品更快推出市场。

整个设计过程都可获得支持。工程师可以挑选合适的芯片进行电子及热性能方面的仿真测试。使用这套设计工具无需缴付非常低廉的仿真测试、授权费。由确定技术参数至电路布局的构思。

图1气囊系统电路图。

便可节省设计及调试时间，系统设计工程师只要采用这套设计工具。也为公司节省更多开发成本。此外，许多公司虽然擅长设计数字系统，但对电源的设计反而认识不深。以往他可能需要聘请外面的顾问公司才可完成这方面的工作，但现在只要采用WEBENCH设计工具，便无需寻求外援，使这方面的开支也可节省下来。

新的设计挑战

1.静态电流

新的挑战不竭涌现。例如，汽车工业的发展一日千里。汽车电子系统所要求的静态电流尺度也越趋严格，越来越多汽车制造商要求芯片供应商为他提供静态电流低于100uA ECU芯片，这是因为静态电流如果不够低，汽车在连续停泊数星期之后，车内的电池便会因多日不消而无法重新启动。解决这个问题的其中一个方法是缩短电池与ECU芯片之间的供电线路。但启动这个开关稳压器仍然会耗用一定的电量，因为开关稳压器采用金属氧化半导体(MOS技术制造，而开关启动时会发生较小电阻。由于要输出大量电流，因此需要装设许多开关，令耗电量也相应大增。这个方案极少采用的原因亦在于此。

2.负载突降

将从电池供电转到发电机供电，第二个要面对的问题是负载突降(Load-dump汽车引擎启动瞬间会泛起负载突降。泛起连续时间为100mS500mS40V60V电压转换)解决的方法则完全不同。以往国家半导体的客户都要求芯片必需设有过压保护功能。但目前越来越多汽车电子系统，例如驾驶盘动力操控系统早在点燃引擎时便已开始工作，因此芯片必需能够在负载突降时正常运作。正因如此，国家半导体目前正为低压降稳压器系列的其中几个型号重新加设过压保护功能。LM9070LM9071及LM9072芯片便是具有这个功能的几款低压降稳压器。对于输入电压范围更宽的版本，将在这些型号后面添加 HV两个字母作为识别。

3.42伏供电总线

图2气囊系统的电源分配结构-系统电路图。

新推出的汽车都会采用42伏的供电总线。采用42伏供电总线的好处是可以降低汽车的耗电量及电缆的重量。但供电电压若提高至42伏，预计在未来几年内。电源的转换效率便会下降，结果是得不偿失。

系统的实际功耗只有330mW低压降稳压器芯片若利用12伏电池供电，a.效率上的考虑 若利用3.3伏的电池为电子系统提供所需的100mA 供电。那么即使不将静态电流计算在内，系统的整体功耗也不会少于12V*100mA =1.2W以采用42伏电池的系统来说，系统功耗便等于42V*100mA =4.2W换言之，低压降稳压器若利用42伏的电池为电子系统提供稳压供电，其效率比利用传统的12伏电池低3倍以上。低压降稳压器的效率与输出电压/输入电压(Vout/Vin成正比，其效率(=Vout*Iout/Vin*Iout+Iq但降压直流/直流转换器的转换效率会更高。LM2675芯片若以12伏的输入电压工作，效率可高达90%若以40伏的输入电压工作则可达82%LM5007芯片的转换效率可高达93%

b.功耗方面的考虑

较易造成能源的浪费，低压降稳压器芯片的效率很低。而且所耗散的能量会积聚在一起，令周围环境温度上升，以致芯片的结温也会随着上升。可以利用以下的公式计算出温度的大约上升幅度：

a=Vin-Vout*IoutP浪费掉的功率)=Tj-Ta/j.

c.可满足未来需要的芯片设计

力求能满足未来一代的需要。应该从现在开始便挑选可以支持42伏电池的稳压器，审慎的系统设计工程师应该放眼将来。以免几年后需要由零开始重新设计电源系统。LM2936HV低压降稳压器芯片与 LM295X开关稳压器芯片是专为42伏供电总线而设计的这两个系列稳压器芯片以及相关的器件都在national这个网页上有详细的介绍。

气囊的电源供应系统

而且所采用的保险尺度要求极高。负责为气囊充气的一款称为爆管驱动器(squibdriver特别芯片，即使是小型的汽车目前都设有6个气囊。该芯片必需能够在撞车的紧急关头立即启动。遵照图1所示，气囊系统由多个部分组成。

而电池则设于车头盖之下。撞车时，爆管驱动器设于车厢之内。爆管驱动器与电池之间的线路连接可能会因为撞击而断开，因此保险电容器一般会设于爆管驱动器的旁边，以便驱动器的附近有足够的储电可以提供动力，为气囊充气。

一般来说，以下简单介绍气囊系统的充气过程。气囊系统设有升压转换器。这些升压转换器都采用 sepic拓扑(sepic拓扑要求电路中采用两个电感)或回扫拓扑结构(回扫拓扑中需要采用一个变压器)进行充气之前，气囊系统的升压转换器会先将电池电压(Vbat提高(这个电池电压在负载突降时可高达 40伏)直至达到保险电压(Vsafe要求的电平，这样可确保保险电容器贮存大量电能(见图2之后才将这个较高的保险电压调低至几伏，这个较低的电压称为远程电压(Vremot必需严格遵照这个充气准备法式，以确保其后几级的低压降稳压器泛起较少压降。压降越少，功耗也就越低，效率也就越高。

图3可提供多个输出的配置。

其后几级的低压降稳压器即使并不属于汽车级别的产品，由于Vremot数值较低。其输入电压范围也可满足有关的要求。LP2985系列芯片便属于这类的稳压器，其输入电压高达16伏，输出电流为150mA 结温可高达125℃，适用于大部分的应用场所。

其接面温度可高达150℃。这款稳压器可利用8伏的输入电压输出150mA 电流及5伏的电压。额定的工作温度及负载范围内，LM9076稳压器芯片则适用于更高温的工作环境。这款稳压器芯片可以连结极高的输出电压准确度(高达2%由于这个结构采用了保险电容器，因此工作时更为保险可靠。从成本的角度看，采用远程低压降稳压器无需加设任何散热器，因此有助节省本钱。由于VsafeVbat最高值)而一级转换器可用作升压转换器，因此无需采用布局较为复杂的sepic或回扫式的转换器。降压转换器适用于降压稳压器，后者老本也较低。由于低压降稳压器无需利用高压电源，因此有多种不同的CMOS或低电压双极芯片可供选择。

有多个不同电压输出可供选择

再以多个低压降稳压器提供输出，若采用开关稳压器作为输入级。便可降低电源系统的整体本钱。高功率的电源系统甚至必需采用这样的设计。图3其中一个示例。

必需详细考量以下各参数：确定最理想的局部电压(Vlocal时。

a*Vin-VoutVlocal必需低至可以确保低压降稳压器不会耗散太多功率。Iout最高值)=Tj-Ta/j.