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汽車自動啟停系統對電源的影響及安森美半導體非同步升壓轉換器方案

發布時間:2014-6-17 09:59    發布者:eechina
關鍵詞: 自動啟停 , 汽車電源
如今,汽車用戶越來越關注油耗,期望節省燃油支出,而這也能幫助減少對環境的影響。為了了配合此趨勢,汽車制造商們紛紛采用各種途徑來降低油耗,其中一種途徑就是在新車型中應用自動“啟動/停止”(Start/Stop)功能,幫助降低油耗。

所謂自動啟停功能,就是汽車因為堵車或等紅燈而停下來時,這些創新的系統自動關閉發動機(熄火);而當駕駛人的腳從剎車踏板移向油門踏板時,就自動重新啟動發動機(點火)。這就幫助降低市區駕車及停停走走式交通繁忙期時不必要的油耗,降低排放。

自動啟停系統對汽車電源系統的影響及常見電源方案

但這樣的創新系統也為汽車電子設計帶來一些獨特挑戰。因為當發動機重新啟動時,電池電壓可能驟降至6.0 V甚至更低。傳統汽車電源架構中,典型電子模塊包含反極性二極管,用于在汽車跳接啟動(jump started)而跳接線纜反向的事件中保護電子電路。保護電路本身產生壓降,使下游電路電壓僅為5.5 V或更低。由于許多模塊仍要求5 V供電,過低的壓差使降壓電源沒有足夠余量來正常工作。因此,傳統的汽車電源架構不適用于自動啟停系統。


圖1:傳統汽車電源架構及其問題所在。

要為自動啟停系統選擇適當的電源架構,常見的方案有三種(見圖2)。一種方案是采用低壓降(LDO)線性穩壓器,或是低壓降開關電源。另一種方案是采用升降壓電源作為初級電源。第三種方案是在初級高壓降壓電源之前,采用前置升壓電源。



圖2:自動啟停系統的常見電源方案(方案1是低壓降電源,不只是LDO)。

安森美半導體用于啟停系統的改進型前置升壓電源方案——NCV8876

安森美半導體應用于汽車自動啟停系統的非同步升壓控制器NCV8876,主要用于在汽車自動啟停時為后續電路提供足夠的工作電壓。它是一種改進型的前置升壓電源方案。

NCV8876驅動外部N溝道MOSFET,使用內部斜坡補償的峰值電流模式控制,集成了內部穩壓器,為門極驅動器提供電荷。NCV8876采用2 V至45 V輸入電壓工作,能夠在冷啟動及45 V負載突降情況下工作。NCV8876在休眠模式下的靜態電流典型值僅為11 μA,適應汽車應用的低靜態電流要求。它在寬溫度范圍下提供±2%的輸出電壓精度。NCV8876采用SOIC8微型封裝,工作溫度范圍-40℃至150℃,能夠適應汽車應用的嚴格要求。


圖3:安森美半導體的改進型前置升壓電源方案NCV8876的典型應用電路。

如圖3所示,NCV8876具有狀態(STATUS)監測功能,能為微控制器提供工作狀態信息。當工作狀態為低電平時,NCV887工作;高電平時,NCV8876休眠。這器件可以透過外部電阻RDSC設定頻率。它還可內部設定限流值、最大占空比等多項參數。NCV8876集成了多種保護功能,如逐周期限流保護、斷續模式過流保護及過熱關閉等。其它特性包括:峰值電流檢測、最小COMP電壓鉗位可提高切換時的響應速度等。總的來看,NCV8876應用電路簡單,成本低,非常適合汽車啟停系統應用。

NCV8876工作原理

NCV8876改進型前置升壓電源方案的原理是:電池電壓正常時,NCV8876進入休眠模式,僅消耗極低的靜態電流(典型值< 11 μA);而當電池電壓降至設定電壓時,NCV8876自動喚醒,開始升壓工作。

具體而言,當汽車電池供電電壓下降到低于7.3 V(可工廠預設)時,NCV8876自動啟用;而當電池電壓降至低于6.8V時,NCV8876啟用升壓工作。因此,NCV8876可以保障后續電路有足夠的余量來恰當地進行降壓工作,供下游系統使用。


圖4:安森美半導體NCV8876非同步升壓控制器工作原理詳解。

安森美半導體基于NCV8876的演示電路板測試顯示,在輸入電壓最低2.6 V條件下,輸出電壓為6.8 V,輸出電流為3.6 A,能夠使后續降壓轉換器恰當工作,并為下游系統供電。


圖5:NCV8876演示電路板及實測波形。

總結:

汽車自動啟停系統幫助降低油耗及廢氣排放,但此創新功能也帶來獨特的工程設計挑戰。本文介紹了安森美半導體的最新前置升壓電源方案NCV8876的功能特點及工作原理,幫助設計人員應用這非同步升壓控制器,為創新的汽車自動啟停系統開發簡單、低成本的電源方案。


供稿:安森美半導體


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