電動(dòng)化、智能化、互聯(lián)化正成為汽車(chē)發(fā)展新趨勢(shì)，為提升燃油經(jīng)濟(jì)性的啟停系統(tǒng)、為增加主動(dòng)安全性的先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)、以及作為新一代智能交通基礎(chǔ)的駕駛信息系統(tǒng)等多個(gè)電子系統(tǒng)越來(lái)越多地被汽車(chē)設(shè)計(jì)人員所采用，多系統(tǒng)的集成在提升汽車(chē)駕乘體驗(yàn)的同時(shí)，也為汽車(chē)電源設(shè)計(jì)帶來(lái)了挑戰(zhàn)。汽車(chē)電源須提供更高能效和更低能耗，以配合汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展并符合各種環(huán)境法規(guī)及安全標(biāo)準(zhǔn)。

線性方案對(duì)比開(kāi)關(guān)方案(SMPS)及設(shè)計(jì)考量

在電源轉(zhuǎn)換過(guò)程中不可避免地會(huì)發(fā)熱，穩(wěn)壓器散熱會(huì)損失一部分功率，這樣輸出功率就不可能等于輸入功率。傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓器在此過(guò)程中會(huì)耗散大部分能量，已無(wú)法滿足當(dāng)前高功率需求類(lèi)的應(yīng)用。我們假定采用線性穩(wěn)壓器時(shí)需要2.5 W的額定功率，以及5 V輸出電壓和0.5 A輸出電流，那么需提供6 W的輸入功率，能效(即輸出功率除以輸入功率的比值)僅為41%，損失高達(dá)59%！而同樣情況下，開(kāi)關(guān)電源僅需2.8 W的輸入功率，能效高達(dá)90%。

因此，設(shè)計(jì)工程師可采用開(kāi)關(guān)電源提高系統(tǒng)能效，但是開(kāi)關(guān)方案也有弊端，由于其復(fù)雜的反饋回路，外部元件較線性方案多且需要更多的PCB面積，再加上開(kāi)關(guān)的性質(zhì)導(dǎo)致其降噪性能差，在設(shè)計(jì)過(guò)程中需從反饋回路設(shè)計(jì)、外部元件數(shù)、PCB面積、瞬態(tài)電流及電磁干擾等方面考慮，以減輕其弊端。

1. 反饋回路設(shè)計(jì)

為匹配輸出阻抗的后穩(wěn)壓器選擇合適的負(fù)輸入電阻以避免振蕩，達(dá)到穩(wěn)壓輸出的目的；

有效使用仿真工具以了解頻域中的頻率補(bǔ)償；頻率補(bǔ)償可通過(guò)選擇單極響應(yīng)控制方案來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2. 外部元件數(shù)

集成的電源開(kāi)關(guān)可減小布線尺寸，功耗比板外電源開(kāi)關(guān)更低，且更易于設(shè)計(jì)。

3. 線路板面積

減小電感和電容的尺寸，占板面積得以減小，且開(kāi)關(guān)頻率增加，使能效得以提升，同時(shí)減弱PCB電磁輻射和電磁干擾。但需注意盡量使導(dǎo)通和開(kāi)關(guān)損耗較小化，降低噪聲。

4.瞬態(tài)電流

將線性穩(wěn)壓器和開(kāi)關(guān)電源并聯(lián)，可減小瞬態(tài)電流，稱(chēng)為混合開(kāi)關(guān)電源；且可根據(jù)線路負(fù)載情況，以恒定的開(kāi)和關(guān)條件進(jìn)行脈沖頻率調(diào)制。

5.電磁干擾

減少回路面積，優(yōu)化PCB布局，從而減弱電路間的干擾；

避免由穩(wěn)壓器和系統(tǒng)環(huán)境產(chǎn)生的敏感頻段；

采用擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)、決定光譜含量和去耦方案降低排放峰值。

在汽車(chē)應(yīng)用中，還需考慮到電源管理模塊不斷增長(zhǎng)的復(fù)雜性，要求處理更高電流情況的能力、低轉(zhuǎn)儲(chǔ)、雙電池轉(zhuǎn)移乃至需要較小工作電流等等，為系統(tǒng)選擇合適的高能效電源方案。

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