汽車前端設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)—對駕駛員的主動(dòng)保護(hù)
發(fā)布時(shí)間:2021-06-02 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】你很有可能在啟動(dòng)汽車時(shí)有著類似的經(jīng)歷,那就是只聽到咔噠聲,而不是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的聲音。這是由電池沒電造成的,雖然電池沒電的原因會(huì)有很多,不過在大多數(shù)情況下,都是人為錯(cuò)誤造成的(是不是車內(nèi)照明燈一宿沒關(guān)?)人為錯(cuò)誤還會(huì)在用搭線的方式啟動(dòng)汽車時(shí)發(fā)生。
圖1-搭線電纜正確連接時(shí)的電池。
汽車系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員必須準(zhǔn)備應(yīng)對兩種可能由搭線著車時(shí)所犯錯(cuò)誤而導(dǎo)致的情況:電池反接,雙電池情況。當(dāng)把跨接電纜的紅色一端接至電池接地,而把黑色一端接到電池正極時(shí)會(huì)出現(xiàn)電池反接,此時(shí)的情況與圖1中的接法正好相反。在這樣的情況下,一個(gè)二極管將保護(hù)系統(tǒng),但是,與此同時(shí),一個(gè)二極管會(huì)在正常運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生系統(tǒng)損耗。根據(jù)系統(tǒng)功率額定值的不同,正向壓降可以是0.5V至1.0V之間的任一值。這樣,產(chǎn)生了大量的熱,并且會(huì)降低總體系統(tǒng)效率。
卡車和公交車有兩個(gè)串聯(lián)在一起的電池,而汽車只有單個(gè)電池。可能附近可以給你的車搭線的車輛只有卡車。這就會(huì)產(chǎn)生了一個(gè)雙電池情況,施加到整個(gè)系統(tǒng)中的電壓現(xiàn)在加倍。這對系統(tǒng)產(chǎn)生了很大的壓力。
拋負(fù)載是工程師在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)必須使系統(tǒng)能夠耐受和克服的另外一個(gè)情況。由于它與系統(tǒng)本身的問題相關(guān),所以這個(gè)情況不是由電池反接等人為錯(cuò)誤造成的。
圖2-拋負(fù)載情況圖。
拋負(fù)載(如圖2中所見)在交流發(fā)電機(jī)或電池由于腐蝕或甚至更糟糕的安裝而從系統(tǒng)斷開時(shí)發(fā)生。這個(gè)斷開產(chǎn)生了會(huì)擊穿整個(gè)系統(tǒng)的大電壓尖峰。交流發(fā)電機(jī)在汽車電力系統(tǒng)運(yùn)行中發(fā)揮著重要作用,沒有它的話,你的電池就會(huì)沒電。
所有這些討論過的情況形成對汽車前端設(shè)計(jì)中,如何保護(hù)控制元件、傳感器和娛樂系統(tǒng)不受有害浪涌、電壓瞬態(tài)、靜電放電 (ESD) 和出現(xiàn)在電力線路上的噪聲影響的主要挑戰(zhàn)。瞬態(tài)電壓抑制器 (TVS) 是一個(gè)針對汽車電子保護(hù)的低成本解決方案,并且具有幾個(gè)針對這些汽車應(yīng)用的重要參數(shù),其中包括功率額定值、切斷電壓、擊穿電壓和最大擊穿電壓。由于TVS不能抑制全部問題的發(fā)生,你還必須確保你所使用下游DC/DC轉(zhuǎn)換器具有更高的VIN,這樣的話,系統(tǒng)就不會(huì)出現(xiàn)尖峰問題。
在前端電源中,當(dāng)系統(tǒng)將電池電壓轉(zhuǎn)換為處理器所需的電壓時(shí),開關(guān)穩(wěn)壓器對于系統(tǒng)的總體功率密度和效率至關(guān)重要。使用開關(guān)穩(wěn)壓器的問題在于,它在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生噪聲。開關(guān)需要快速改變電氣條件;其中包括進(jìn)入開關(guān)的電流;開關(guān)節(jié)點(diǎn)電壓變化;以及輸出電壓紋波,還有與外部組件選型相關(guān)的其它因素。當(dāng)控制以很多方向循環(huán)的大量電能時(shí),由于物理學(xué)原理,這些因素中的某些因素不能被改變。所有這些情況都會(huì)對電磁兼容性產(chǎn)生影響,簡稱為EMC。
汽車EMC的主要標(biāo)準(zhǔn)被稱為CISPR 25,其中包括數(shù)個(gè)等級,等級的劃分根據(jù)中斷設(shè)備要求的嚴(yán)格程度,以及需要多低的EMC。你經(jīng)常會(huì)聽到由收音機(jī)AM波段上的EMC所產(chǎn)生的噪聲。這種噪聲很煩人,所以需要用濾波來抑制這種噪聲。汽車專用開關(guān)穩(wěn)壓器被設(shè)計(jì)成通過架構(gòu)(電流模式是汽車應(yīng)用中最常見的架構(gòu))、組件位置(盡可能靠近開關(guān)穩(wěn)壓器,數(shù)量盡可能少),以及器件引腳分配的組合來盡可能地降低電磁噪聲。你永遠(yuǎn)不可能消除這種噪聲,不過可以減少它們。
在TI,我們開發(fā)出了一款參考設(shè)計(jì);這款設(shè)計(jì)使得前端汽車電源設(shè)計(jì)人員能夠符合所有這些汽車系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn),并且解決這篇博文中討論的問題。
圖3—TI針對汽車后置攝像頭和先進(jìn)駕駛員輔助系統(tǒng) (ADAS) 的CISPR 25 5類多輸出參考設(shè)計(jì)。
圖3中顯示的這款TI Designs參考設(shè)計(jì)是一款符合CISPR 25 5類汽車標(biāo)準(zhǔn)的電磁干擾 (EMI) 經(jīng)優(yōu)化的多輸出設(shè)計(jì)。9W設(shè)計(jì)非常適合于那些支持冷啟動(dòng)條件的寬范圍VIN汽車先進(jìn)駕駛員輔助系統(tǒng) (ADAS) 應(yīng)用。此參考設(shè)計(jì)特有LM53603-Q1 DC/DC穩(wěn)壓器(用作降壓)、LM26420 DC/DC穩(wěn)壓器(用作雙降壓)和TPS60150開關(guān)電容器電壓轉(zhuǎn)換器(用作針對5V輸出的充電泵)。此設(shè)計(jì)接受4.5VIN至20VIN范圍內(nèi)的輸入電壓,并且在電流為1.0A、1.0A、1.0A和100mA時(shí)分別提供3.3V、2.5V、1.8V和5V電壓。它體積小、價(jià)格不高、高效,并且可針對ADAS和其它汽車相關(guān)應(yīng)用進(jìn)行定制。四層印數(shù)電路板 (PCB) 的尺寸為65mm x 100mm。
針對汽車后置攝像頭和先進(jìn)駕駛員輔助系統(tǒng) (ADAS) 的CISPR 25 5類多輸出參考設(shè)計(jì)確保符合所有相關(guān)EMC、瞬變電壓,甚至是汽車電源設(shè)計(jì)工程師所面臨的尺寸限制。此設(shè)計(jì)還防止了之前討論到的故障條件,諸如雙電池和電池反接,這些故障通常情況下與開關(guān)穩(wěn)壓器無關(guān),而是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一部分。
其它資源:
● 在你的下一個(gè)汽車電源設(shè)計(jì)中考慮使用LM53603-Q1。
● 下載針對汽車后置攝像頭和先進(jìn)駕駛員輔助系統(tǒng) (ADAS) 的CISPR 25 5類多輸出參考設(shè)計(jì)。
● 立即在WEBENCH汽車電源設(shè)計(jì)工具中開始設(shè)計(jì)。
● 觀看視頻,“TI的LM53603-Q1高性能2.1MHz同步DC/DC轉(zhuǎn)換器。”
● 查看更多的TI汽車參考設(shè)計(jì)。
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