满足电池供电汽车电子产品的电源需求

    您最近开过一款新车吗？新车可带来极为新奇的体验，不仅有高級仪表、触摸屏、互联娱乐系统，而且还有高级照明设备，这些都需要电源。所有这些电子产品的背后都是电池稳压器和电池充电器，其可管理输入输出 12V、24V 及 48V 电池的电源。每年“必须有”支持的配件和电子系统按预期在增长，配套电源组件的尺寸，重量和数量将跟上电力需求的增长。

   48Vin 汽车电源的出现

   汽车电子产品会消耗大量的电力，为了不断满足这些需求，许多更新的汽车配备了由 12V 传统铅酸电池和 48V 锂离子电池组成的双电池系统。在欧洲已盛行的“微型”及“轻型”混合动力车在包括美国市场在内的整个世界势头正劲。微型及轻型混合动力车使用 12V 电池和 48V 锂离子电池。这些双电池车辆在车辆停止时关闭引擎，在驾驶员脚踩离合器或踩油门踏板时重新启动引擎。该自动停／启特性已证实可将燃油经济性提升 5% 至 10%。在这些系统中，12V 或 24V 铅酸电池支持启动以
及传统汽车中的所有典型电子产品，如仪表板、娱乐系统和前大灯等。48V 锂离子电池可为 空调压缩机和主动底盘系统等高负载系统供电，其可能还包括转向、再生煞车和稳定性管理等。如图 1 所示，双电池方案依靠工作在不同电压下的不同电池技术相互补充。因此，所需的线路稳压器不仅可接受宽范围的输入电压，而且还可在降压（步降）与升压（步升）模式间切换时,提供稳定稳压输出。
   

有些人会反驳，双电池混合电压系统只是全面 48V 汽车系统的铺垫。在未来 5 到10 年内，48V 电子产品将开始取代用于汽车电子产品的传统 12V 电轨。 在这个过渡阶段，对于可支持原有 12V 系统和未来 48V 系统的电源组件的需求仍将增加。

  DC/DC 电池稳压和充电需要多功能性

  为汽车应用及配件供电的电池的 DC/DC 稳压与充电有其一系列独特的要求和挑战。电池供电电压就其本质而言，容易因温度、负载和电量状态而发生巨大变化。这些宽范围的电压摆幅需要可在降压与升压模式间自动无缝转换的高灵活DC/DC 稳压器。

  例如在正常使用过程中，典型 12V 汽车电池输出电压在 8V 至 16.5V 之间。请查看图 2 和图 3 的电压与电量状态曲线。在低温下或在老化电池上进行测量时，电压摆幅会进一步加剧。此外，线路稳压器还必须能够应对由交流发电机充电的电池，必须时刻准备着用于可产生大量感应电压瞬态的负载突降环境。

  若未加抑制，这些电压的峰值会高达 120V，而且需要箝位电路才能使这些负载突降电压等于或低于 12V 电池的 40V 及 24V 系统的 60V 。这些宽输入摆幅会高达60V，不仅对于许多稳压器而言太大，而且大部分稳压器在其输入超过 36V 时还会停止稳压。能够管理整个 8V 至 60V 输入范围电压摆幅并能在实际情况下仍保持稳定稳压输出的解决方案非常少。
   

   电池稳压器应支持恒流、恒压

  一般而言，负载稳压器有望提供稳定的负载稳压，带来足以快速调整负载瞬态的带宽。部署在电池供电系统中时，另外还需要对电池再充电。为了同时支持负载稳压及电池充电，稳压器也应能够在传统电压优先级与电流优先级模式间切换。需要能够在恒流／恒压 (CC/CV) 模式间来回切换的稳压器来实施用于充电电池的典型 CC/CV 方案。稳压器若具备这项功能，完成电池充电无需其它的专用稳压器。

   器件如果具有恒压恒流能力，那么一个器件就可以解决电池充电、预充电／再充电大容量保持电容器或稳压负载。越来越多的电子产品厂商发现了其通过汽车配件市场切入汽车市场的途径，因而支持电池充电方案的通用稳压器有不断增长的需求。

   全输入电压范围的等值效率可简化系统设计

   新一代升降压稳压器也可通过提升宽输入范围的效率来超越传统稳压器。稳压器效率只提升几个百分点乍看可能并不重要，但将其放在应用环境中时，就真的很重要了。更直白的说，效率确实很重要，即使是在电池供电移动设备的低功耗应用中，高效延长了电池使用寿命。在更高功率应用（大于 50W）中也是如此。判断升降压稳压器性能时要注意的重要特性是在整个线路输入范围内效率曲线的平缓度。许多稳压器都号称在窄小范围内有高效率，这对于输入电压还算稳定的应用而言是可以接受的。然而，在调整电池宽范围的变量时，应该更密切地关注稳压器效率曲线的平缓度。效率线均匀的优势在于可简化散热设计，系统设计人员可以针对整个工作范围的均匀热负载进行规划。

   效率对散热设计及成本的影响

   转换效率可直接影响系统的散热设计和可靠性，其进而会影响总体系统成本。与常规 DC/DC 稳压器相比，新一代 DC/DC 稳压器可轻松将效率提升 2 至 3 个百分点。效率提升 2% 至 3% 相当于在 100W 至 200W 汽车应用中节省 2W 至 6W 的功率。负载时，这会使必须从系统耗散的热量降低 2W 至 6W。此外，这些对效率的增量提升也可扩增系统的散热裕量。该裕量不仅可实现在更大范围的温度下全面供电，同时还能降低相关散热成本，并提供更稳健的设计。另外，更高效率的电源转换还可降低电源发电机对负载或对电池再充电所提供的每单位能量的需求。

   尺寸小、重量轻，可带来更优异的解决方案

   尺寸、功率密度以及对更高效解决方案的需求，仍然是头等大事。在电池供电汽车应用中，制造商正被迫实现更高的能源经济性，而消费者则希望车内有更多的电子设备。虽然车内电子设备的总体数量的稳步增长，但是车内的空间是很少变化的。要为支持这些更多电子设备的稳压器找到空间实属不易。此外，轻量级解决方案的需求对于达到车辆重量目标及能源经济标准也很重要。

   随着汽车配件的升级，系统设计人员必须在不增加分配给稳压器的空间的情况下，努力提升额定功率容量，因此，需要轻量级、高功率密度的解决方案，在比原有解决方案尺寸更小（或相同）的封装内，支持更大的负载。新一代升降压稳压器可通过提升其工作开关频率满足这一需求。开关频率愈高，功率电感器及相关滤波电容器等能量储存无源组件就愈小。更小的电源组件及滤波组件有助于缩小空间、实现更高的功率密度。

   新一代升降压稳压器

   双电池汽车系统现已变得随处可见，而且也正在提升对最新电池供电 DC/DC 转换解决方案的需求，这一需求包括零配件市场电子组件的持续扩增，例如音视频娱乐、导航以及视频监控系统。视频监控系统加装到公共汽车、运输车以及出租车上的情况越来越多（参见图 4）。

  当前的汽车配件需要能进行宽范围输入线路稳压的新一代升降压稳压器，这种稳压器可提供电压与电流优先级调节，作为电池充电解决方案的一部分。由于能够在线路输入范围内实现高效充电与稳压，系统设计人员不仅可简化其材料清单，而且还可使用单个 DC/DC 稳压器来支持多种产品设计。

  通用性对于日新月异的汽车市场极为重要

  汽车电子产品与配件的数量及种类不断增加，因而，对支持这些电子产品的更先进电源组件的需求也在不断攀升。这些系统主要依靠多种电池化学成分，可在不同电压下工作，从而带来了对可支持 12V 与 48V 系统的新一代 DC/DC 稳压器的需求。灵活性、尺寸、密度和效率是一些重要特性，为当前及未来不断演进的汽车选择电源解决方案时需仔细考量。

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