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使用寬頻VIN集成降壓器和LDO為汽車(chē)充電的原理(上)

發(fā)布時(shí)間:2021-05-11 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】近些年來(lái),車(chē)用電子設(shè)備在汽車(chē)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的重要性越來(lái)越大。您可能也會(huì)經(jīng)常聽(tīng)說(shuō),汽車(chē)擁有的越來(lái)越多的便利功能,更先進(jìn)的信息娛樂(lè)、駕駛員輔助系統(tǒng)以及無(wú)人駕駛車(chē)領(lǐng)域的長(zhǎng)足進(jìn)步。為推動(dòng)汽車(chē)系統(tǒng)的創(chuàng)新,必須優(yōu)化每一個(gè)新設(shè)備的體積,以滿(mǎn)足越發(fā)嚴(yán)苛的設(shè)計(jì)要求。但這對(duì)為各種設(shè)備供電的樹(shù)狀電源網(wǎng)絡(luò)(power tree)又意味著什么呢?
 
在本文的上篇和下篇, 我將探討創(chuàng)新是如何改變車(chē)用電子設(shè)備市場(chǎng),以及TI是如何通過(guò)整合降壓轉(zhuǎn)換器和LDO,幫助解決這一領(lǐng)域一個(gè)普遍存在的設(shè)計(jì)問(wèn)題。
 
大多數(shù)的電子控制裝置(ECUs)至少要配置兩條調(diào)節(jié)軌道才能為系統(tǒng)各部件高效供電。雖然要求有兩條軌道,但這兩條軌道對(duì)電流的要求卻相差很大。
 
以帶觸覺(jué)反饋的LED頂燈為例。該設(shè)備的供電系統(tǒng)要求一個(gè)5V軌道同時(shí)給LED驅(qū)動(dòng)器和控制著偏轉(zhuǎn)質(zhì)量馬達(dá)(ERM)的觸覺(jué)驅(qū)動(dòng)器提供電能。LED和觸覺(jué)驅(qū)動(dòng)器均為電流密集型設(shè)備,對(duì)電流的要求大約為2A。使用降壓轉(zhuǎn)換器是提供此類(lèi)電流的最佳選擇,這是由于它能實(shí)現(xiàn)高效的電流轉(zhuǎn)換,以保證系統(tǒng)在此荷載下不會(huì)出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象。汽車(chē)ECU的核心組件是一個(gè)電壓為3.3V、但電流需求量?jī)H為150mA的微控制器(MCU)。當(dāng)汽車(chē)熄火后,盡管該MCU可以切換到待機(jī)省電模式,但因?yàn)檫€要處理通訊與喚醒功能,因此不能徹底關(guān)閉。
 
針對(duì)這些應(yīng)用,您可以選擇使用低壓差穩(wěn)壓器(LDO)。作為最具性?xún)r(jià)比的電子元件,LDO既可以提供弱電流,同時(shí)也能為易受噪音滋擾的微處理器提供一條清潔的供電軌道。但在待機(jī)模式下,LDO將與汽車(chē)電池直接連接,這會(huì)導(dǎo)致電壓大幅跌落。既然LDO不是為微控制器供電的最高效方案,您能針對(duì)總耗電量提出一些優(yōu)化方案嗎?
 
使用TPS65320C-Q1,您可以直接通過(guò)電池以這種方式為系統(tǒng)供電。 該產(chǎn)品可支持從3.6V到36V范圍內(nèi)的輸入電壓,并擁有兩條輸出軌道:一條為3.2A的降壓轉(zhuǎn)換器,可以10%的轉(zhuǎn)換精度實(shí)現(xiàn)從100kHz到2.5kHz范圍內(nèi)的頻率轉(zhuǎn)換, ;另一條為289mA的LDO。這兩條軌道被集成到一個(gè)小型的14-引腳薄型小外形尺寸封裝(HTSSOP)中。
 
以車(chē)內(nèi)LED頂燈為例,您可以使用降壓轉(zhuǎn)換器為5V的軌道供電,LDO使用到3.3V的軌道,如圖1中所示。將兩條軌道集成到一個(gè)小小的芯片內(nèi),不僅節(jié)約了空間,同時(shí)也增加了一個(gè)提高系統(tǒng)用電效率的功能:LDO自動(dòng)電源。當(dāng)降壓轉(zhuǎn)換器開(kāi)始工作時(shí),開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器將切換輸出到LDO的電源,這可使電壓降落、電量損耗及熱耗散降到最低。
 
使用寬頻VIN集成降壓器和LDO為汽車(chē)充電的原理(上)
圖1:工作狀態(tài)下汽車(chē)車(chē)內(nèi)頂燈工作模塊圖
 
當(dāng)降壓轉(zhuǎn)換器處于非工作狀態(tài)時(shí),LDO仍將處于工作狀態(tài),并自動(dòng)切換到電池電壓,以使MCU在系統(tǒng)其它部分均關(guān)閉的情況下仍可保持工作狀態(tài)。其原理就是從LDO獲取不到35µA的典型靜態(tài)電流,如圖2所示:
 
使用寬頻VIN集成降壓器和LDO為汽車(chē)充電的原理(上)
圖2:待機(jī)狀態(tài)下汽車(chē)車(chē)內(nèi)頂燈工作模塊圖
 
您可以在幾乎所有的車(chē)載設(shè)備上看到類(lèi)似的使用案例,包括信息娛樂(lè)、高級(jí)駕駛員輔助系統(tǒng)(ADAS)、儀表盤(pán)及車(chē)身電子系統(tǒng)。
 
您是否有完全相反的要求:即在5V軌道上要求100mA電流,但是在3.3V的軌道上要求2A的電流?敬請(qǐng)關(guān)注本文下篇,屆時(shí)我會(huì)討論寬泛VIN集成式降壓轉(zhuǎn)換器和LDO是如何為您的汽車(chē)系統(tǒng)提供電力的。
 
 
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