在上一篇文章中,将汽车电子模块或ECU的设计归结为能够满足三个基本要求:
可以处理高压情况,如负载突降或双电池跳跃。
可穿越低压冷启动条件
在待机条件下消耗最小电流,即低静态电流。
在本条目中,我将解释如何通过为ECU、模块或电路板选择合适的稳压器来实现这三者。
让我们从调节器的类型开始。开关模式稳压器提供最高的效率和最大的输出功率可用性(优于线性稳压器),特别是当输入限制在 12V / 100μA 时。同步降压配置可产生最高效率。
例如,让我们看一下LT8610同步降压型稳压器。它通过在其输入端吸收高达42V的电压来满足输入要求。它满足静态电流要求:停机模式时为 2.5μA。问题是它是否满足效率和压差(冷启动)要求。
对于压差测试,我假设输出配置为3.3V。这适用于大多数应用,因为除了USB,ECU不使用太多5V电路。对于3.3V输出,冷启动脉冲对简单的降压拓扑没有问题,因此,如果该器件能够满足冷启动时的压差要求,则不需要其他花哨的电路。我将展示LT8610可以满足下面的压差要求,但首先,效率如何?
LT8610 数据手册显示了一条 12V 输入至 3.3V 输出效率曲线(图 1)。该曲线涵盖了非常宽的负载电流范围,超过六十倍频程的负载,或约128dB的动态电流。
图1.LT8610 数据表效率
为了更好地说明汽车世界的效率,我使用现有的LT8610演示板DC1749A在700kHz下进行了一些测量,并绘制了六十倍频程的负载电流,以在图2中显示更高的分辨率。我将输入电压更改为更逼真的13.5V,以适应汽车世界。总功率损耗以蓝色显示。
图2.LT8610 测得的效率 13.5V 至 3.3V
在 13.5V/100μA 输入时,您仍然可以在 320.3V 输出时获得超过 3μA 的可用输出电流。图1和图2中的图表显示了相对于输出电流的效率,而图3中的图表经过重新排列,显示了13.5V时的输入电流。在 100μA 输入电流下,LT8610 显示出超过 81% 的效率。
图3.LT8610 测量的效率与输入电流的关系
如果您寻找仍能保持3.3V输出电压的有效输入电压,我们可以在LT8610数据手册中找到压差电压。
图4中的图表没有说明它在哪个电压电平下有效。一个限制是稳压器内核仍能正常工作的最小输入电压。
图4.数据表中的LT8610压差电压
为此,我们在数据手册中找到了最小输入电压:
图5.LT8610数据手册中的最小输入电压
表中的红点表示此参数是在整个工作温度范围内指定的。
图6显示了V的UVLO(欠压锁定)的典型温度依赖性在.我们看到,图 6 中规定的最坏情况是在低温下。在室温下对库存演示板的测试显示:
图6.LT8610 UVLO 与数据表中的温度的关系
表1中的所有值始终低于图4所示的数据手册值。
表 1.测得的压差与输出电流的关系
下一个限制可能来自稳压器可以管理的最小和最大占空比。在数据手册中,我们找到了最小导通和关断时间的百分比值,而不是占空比限制。这对于具有如此宽频率范围(从200kHz至2.2MHz)的稳压器来说是有意义的。
图7.LT8610 数据手册中的最小导通时间和关断时间
对于连续模式下的降压稳压器,占空比 = VOUT / VIN 占空比 = 1。
对于 1MHz 的开关频率,您可以假设最大占空比 = (1000ns−110ns) / 1000ns = .89。
这通常会进一步增加压差,但在LT8610系列中,该器件将开始跳过时间周期,因此最小关断时间不会进一步增加压差。
图8.在压差附近跳过关断时间周期,因此最小关断时间不会增加压差电压
LT8610 在压差条件下,由于跳过了时间周期,因此其有效工作频率将从设定的 700khz 显著降低。这样可以尽可能长时间地保持输出电压升高。
因此,可以使用单个降压型稳压器(如LT8610)来满足大多数ECU的三个主要要求。它可以接受 42V 输入,允许它直接从电池总线工作。其压差特性和低UVLO使其可以直接处理冷启动条件。最后,其 2.5μA 的工作静态电流肯定足够低,其高效率可延长电池寿命。