如何优化与创新交通运输系统的电源解决方案?

2017-12-12 10:18:19 post by microhm

交通运输系统需求

交电运输系统的输入电压可能高达14V(单电池供电汽车),28V(双电池供电卡车,客车和飞机),或更高电压,而其数字系统需要一个或更多个低压轨。因此,设计这以下图1显示,汽车环境中的输入电压可能视其运行状态的改变而改变,而其运行状态可能包括负载突降变化到冷车发动的各种情况,甚至出现电池反向连接。

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当应用要求以非常高的效率进行电源转换,以最大限度减少转换过程中由功率损耗导致的热量时,采用开关稳压器解决方案是有帮助的。开关稳压器本质上是单片器件,片内集成了MOSFET,采用了同步或非同步配置。或者,开关稳压器也可以由一个开关控制器组成,该控制器驱动采用单级或多级拓扑(多相)的外部MOSFET,以提供数十安培至数百安培级的功率。为了满足如此大的功率范围要求,ADI公司提供了广泛的开关稳压器解决方案,以使用户能够按照最终系统所需的特定设计标准,选择最适用的器件。相应地,我们的开关稳压器有非常宽的输入电压范围(从5V直到150V),输出功率级从数百毫安直到高于1,000A。

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在任何交通运输系统中都有一个常见问题:怎样才能在不影响性能和转换效率的前提下,获得高降压比和占板面积紧凑的解决方案?直到不久,依然没有一个解决方案能够在不牺牲其他性能的情况下达到所有关键性能标准。不过,随着ADI公司单片,2MHz以上,同步降压型转换器LT86xx系列的推出,所有必要的性能标准都可以立即得到满足了。


一个很好的例子是LT8609,这是一款2A,42V输入同步降压型开关稳压器。独特的同步整流拓扑提供93%的效率,而以2MHz频率切换使设计师能够避开关键噪声敏感频段,例如AM无线电,同时可提供占板面积非常紧凑的解决方案。突发模式(突发模式)运行在无负载备用情况下保持静态电流低于2.5μA,从而使该器件非常适合始终保持接通的系统.LT8609的3.0V至42V输入电压范围使其非常适合汽车应用,这类应用必须以低至3.0V的最低输入电压稳定通过冷车发动和停启动情况,并稳定通过超过40V的负载瞬态。其内部3.5A开关可在峰值负载电流为3A时,提供高达2A的连续输出电流。原理图和相应于2MHz切换频率的效率曲线。

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由于在单电池或双电池供电车辆中,冷车发动和负载突降情况很常见,所以很多交通运输系统都提供很宽的输入电压范围。而且使情况更加复杂的是,所需输出电压有可能超出这种已经很宽的输入电压范围。因此,系统设计师面临的复杂问题是,无论输入电压是高于,低于还是等于输出电压,所设计的解决方案都必须允许固定输出。

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ADI公司设计了广泛的(开关降压 - 升压型控制器,这些控制器不仅简化了设计,还提供很高的空间利用率和转换效率,功率损耗在5%至7%之间(视输入至输出电压范围而定)图4所示LT8705是一个4V至80V输入的降压 - 升压型控制器例子,该器件提供车辆环境中常见的一个固定12V输出。解决汽车冷车发动问题的另一种方法是,采用升压型转换器,后面再跟一个降压型转换器。在这种拓扑中,从单电池提供的升压型转换器之输出设定为比电池的标称电压高出几伏,然后再用一个降压型转换器对其降压,使其达到下游电子组件所需的工作电压。尽管这种方法需要两个转换器,但是ADI公司已经开发出一款整合升压型控制器和降压型控制器的器件,两个控制器既可独立使用,又可作为升压 - 降压跟随器使用。

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低噪声电源管理

电磁辐射(EMR),电磁干扰(EMI)和电磁兼容(EMC)这些术语与带电粒子及有关磁场的能量有关,这种能量有可能影响电路性能和干扰信号传输。随着无线通信的普及,大量通信设备的涌现以及通信方法日益增多,占用越来越多的频谱(有些频段是相互重叠的),电磁干扰已经成为挥之不去的事实。为了减轻电磁干扰的影响,很多政府机构和监管机构都设定了通信设备及仪器仪表的电磁辐射限度。

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一种答案也许是采用ADI的Silent Switcher系列器件。以LT8614为例,这是一款42V输入,4A输出,单片降压型转换器,以高于2MHz的开关频率和94%的转换效率切换,由于其很短的30ns最短接通时间,因此可满足16V输入至1.8V输出降压比。

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低静态电流也是关键要求

在交通运输电子系统中,有很多应用要求连续供电,甚至在车辆已经停泊后,例如遥控无钥匙进入,安全甚至个人信息娱乐系统,这类应用通常还包括导航,GPS定位和紧急呼叫系统。难以理解,为什么这些系统甚至在车辆未行使时也必须保持接通,不过可以理解的是,为了应对紧急情况和保证安全,GPS系统必须“始终保持接通”。这种要求很有必要,以便在需要时通过外部操作运用基本控制功能。


这些应用的一个关键要求是低静态电流,以延长电池寿命。自2010年以来,ADI一直在生产备用静态电流低于10A的开关稳压器,我们最近推出的一些较新产品的备用静态电流已经低于2A了。因此,这些产品已经为应用于很多汽车电子系统做好了充分准备。


文章来源:EET电子工程专辑


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标签:   交通运输 电源