合適的電源可以簡化汽車ECU設(shè)計(jì)

在上一篇文章中，將汽車電子模塊或ECU的設(shè)計(jì)歸結(jié)為能夠滿足三個(gè)基本要求：

可以處理高壓情況，如負(fù)載突降或雙電池跳躍。

可穿越低壓冷啟動(dòng)條件

在待機(jī)條件下消耗最小電流，即低靜態(tài)電流。

在本條目中，我將解釋如何通過為ECU、模塊或電路板選擇合適的穩(wěn)壓器來實(shí)現(xiàn)這三者。

讓我們從調(diào)節(jié)器的類型開始。開關(guān)模式穩(wěn)壓器提供最高的效率和最大的輸出功率可用性（優(yōu)于線性穩(wěn)壓器），特別是當(dāng)輸入限制在 12V / 100μA 時(shí)。同步降壓配置可產(chǎn)生最高效率。

例如，讓我們看一下LT8610同步降壓型穩(wěn)壓器。它通過在其輸入端吸收高達(dá)42V的電壓來滿足輸入要求。它滿足靜態(tài)電流要求：停機(jī)模式時(shí)為 2.5μA。問題是它是否滿足效率和壓差（冷啟動(dòng)）要求。

對(duì)于壓差測(cè)試，我假設(shè)輸出配置為3.3V。這適用于大多數(shù)應(yīng)用，因?yàn)槌?a target="_blank">USB，ECU不使用太多5V電路。對(duì)于3.3V輸出，冷啟動(dòng)脈沖對(duì)簡單的降壓拓?fù)錄]有問題，因此，如果該器件能夠滿足冷啟動(dòng)時(shí)的壓差要求，則不需要其他花哨的電路。我將展示LT8610可以滿足下面的壓差要求，但首先，效率如何？

LT8610 數(shù)據(jù)手冊(cè)顯示了一條 12V 輸入至 3.3V 輸出效率曲線（圖 1）。該曲線涵蓋了非常寬的負(fù)載電流范圍，超過六十倍頻程的負(fù)載，或約128dB的動(dòng)態(tài)電流。

圖1.LT8610 數(shù)據(jù)表效率

為了更好地說明汽車世界的效率，我使用現(xiàn)有的LT8610演示板DC1749A在700kHz下進(jìn)行了一些測(cè)量，并繪制了六十倍頻程的負(fù)載電流，以在圖2中顯示更高的分辨率。我將輸入電壓更改為更逼真的13.5V，以適應(yīng)汽車世界?？偣β蕮p耗以藍(lán)色顯示。

圖2.LT8610 測(cè)得的效率 13.5V 至 3.3V

在 13.5V/100μA 輸入時(shí)，您仍然可以在 320.3V 輸出時(shí)獲得超過 3μA 的可用輸出電流。圖1和圖2中的圖表顯示了相對(duì)于輸出電流的效率，而圖3中的圖表經(jīng)過重新排列，顯示了13.5V時(shí)的輸入電流。在 100μA 輸入電流下，LT8610 顯示出超過 81% 的效率。

圖3.LT8610 測(cè)量的效率與輸入電流的關(guān)系

如果您尋找仍能保持3.3V輸出電壓的有效輸入電壓，我們可以在LT8610數(shù)據(jù)手冊(cè)中找到壓差電壓。

圖4中的圖表沒有說明它在哪個(gè)電壓電平下有效。一個(gè)限制是穩(wěn)壓器內(nèi)核仍能正常工作的最小輸入電壓。

圖4.數(shù)據(jù)表中的LT8610壓差電壓

為此，我們?cè)跀?shù)據(jù)手冊(cè)中找到了最小輸入電壓：

圖5.LT8610數(shù)據(jù)手冊(cè)中的最小輸入電壓

表中的紅點(diǎn)表示此參數(shù)是在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)指定的。

圖6顯示了V的UVLO（欠壓鎖定）的典型溫度依賴性在.我們看到，圖 6 中規(guī)定的最壞情況是在低溫下。在室溫下對(duì)庫存演示板的測(cè)試顯示：

圖6.LT8610 UVLO 與數(shù)據(jù)表中的溫度的關(guān)系

表1中的所有值始終低于圖4所示的數(shù)據(jù)手冊(cè)值。

表 1.測(cè)得的壓差與輸出電流的關(guān)系

下一個(gè)限制可能來自穩(wěn)壓器可以管理的最小和最大占空比。在數(shù)據(jù)手冊(cè)中，我們找到了最小導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間的百分比值，而不是占空比限制。這對(duì)于具有如此寬頻率范圍（從200kHz至2.2MHz）的穩(wěn)壓器來說是有意義的。

圖7.LT8610 數(shù)據(jù)手冊(cè)中的最小導(dǎo)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間

對(duì)于連續(xù)模式下的降壓穩(wěn)壓器，占空比 = VOUT / VIN 占空比 = 1。

對(duì)于 1MHz 的開關(guān)頻率，您可以假設(shè)最大占空比 = （1000ns?110ns） / 1000ns = .89。

這通常會(huì)進(jìn)一步增加壓差，但在LT8610系列中，該器件將開始跳過時(shí)間周期，因此最小關(guān)斷時(shí)間不會(huì)進(jìn)一步增加壓差。

圖8.在壓差附近跳過關(guān)斷時(shí)間周期，因此最小關(guān)斷時(shí)間不會(huì)增加壓差電壓

LT8610 在壓差條件下，由于跳過了時(shí)間周期，因此其有效工作頻率將從設(shè)定的 700khz 顯著降低。這樣可以盡可能長時(shí)間地保持輸出電壓升高。

因此，可以使用單個(gè)降壓型穩(wěn)壓器（如LT8610）來滿足大多數(shù)ECU的三個(gè)主要要求。它可以接受 42V 輸入，允許它直接從電池總線工作。其壓差特性和低UVLO使其可以直接處理冷啟動(dòng)條件。最后，其 2.5μA 的工作靜態(tài)電流肯定足夠低，其高效率可延長電池壽命。

審核編輯：郭婷