DC-DC 在汽车行业中的设计要求

2023-02-03 12:08:30 来源:EETOP

对于汽车电子工程师来说,DC-DC 开关稳压器对其系统设计的重要性非常高。在汽车领域(图 1),它们被用于从车辆导航到车头灯的方方面面。

在当今快速发展的电子世界中,为了跟上步伐,适用于它们的 DC-DC 开关稳压器技术也必须发展。

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图 1.从汽车中的信息娱乐系统到制造业中的装配机器人,DC-DC 开关稳压器是不可或缺的。图片由 Pixabay 提供

为开发尖端产品,工程师需要获得随其支持的产品而不断发展的开关稳压器解决方案。在本文中,我们将介绍这些解决方案对于汽车应用的相关要求。

用于汽车行业的 DC-DC 开关电源

首先,让我们深入了解汽车应用中 DC-DC 开关稳压器的不同要求。其中包括可靠性、小型化、热调节、电磁干扰 (EMI) 和开发支持。

可靠性 

可靠性在汽车设计中始终至关重要。DC-DC 转换器必须在电压波动期间保持一致、稳定的运行,如图 2 所示。工程师可以在其设计中包含的一个特定规范是 DC-DC 转换器,它具有小的过冲,可以更有效地保护组件免受损坏突然的电池电压波动,例如市场上的解决方案的过冲是行业标准的 1/10——例如 600 mV 与 50 mV 相比。

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图 2.如何设计汽车转换器以支持高可靠性的示例。图片由ROHM提供

小型化 

小型化是一个关键特性,它不仅意味着减少物理尺寸,还意味着在单个芯片上提供更多功能以及更短的 BOM(物料清单)。例如,DC-DC 开关稳压器已经可用,它提供单级降压调节,无需次级 DC-DC 转换器。

效率 

效率仍将是传统动力汽车和电动汽车 (EV) 的 DC-DC 稳压器的主要关注点,尤其是在汽车市场转向可持续能源的情况下。例如,用于汽车行业的传统初级 DC-DC 开关稳压器旨在实现 2.2 mA 的静态电流,而一些解决方案已经实现了 25 µA 的静态电流消耗,并且在未来可能达到 4 µA。

工程师们还将寻找能够向他们承诺提供可靠、稳定的稳压器和任何支持硬件来源的组件制造商。

热调节 

由于各种原因,包括发热会缩短 DC-DC 开关稳压器的寿命,更好的热调节在汽车行业中仍然很重要。使解决这个问题更具挑战性的是车辆的小型化和恶劣的操作环境。

为了更好地解决热问题,工程师们将寻找能够消除笨重、昂贵的散热器并为工程师提供易于使用、有效的热模拟器以用于其设计的解决方案。缓解发热问题的方法包括最大化 PCB 上用于封装的铜面积,以及在 PCB 上定位组件以促进散热。

产品线选择 

不断发展的产品阵容在未来也将至关重要。随着技术进步和 ADAS(高级驾驶辅助系统)和自动驾驶技术的不断发展,汽车应用的设计规范和约束将变得更加严格。 

自动化程度更高的车辆的广泛采用必然会导致安全性和功能性问题的增加。同时,对可持续能源的日益关注将导致能源效率要求更高。工程师将需要不断更新满足新设计规范、约束和汽车标准的 DC-DC 开关稳压器产品线。

电磁干扰

EMI 已经成为汽车电子产品的主要问题,包括 DC-DC 开关稳压器。干扰会导致电子设备以意想不到的方式运行,不仅可能对车辆上的人而且对周围的人造成危险。 

由于以下三个原因,干扰问题变得更具挑战性:

1. 使用的稳压器数量增加

2. 小型化需求

3. 更高的开关频率。

考虑到所有这些,设计必须证明符合 CISPR 25 Class 5,工程师将需要支持和帮助才能做到这一点。这些是根据组件的用途而变化的复杂要求,并且产品需要大量的测试和文档来证明产品确实合规。

开发支持 

随着设计规范和稳压器技术的不断变化,支持工程师开发电源解决方案也很重要。例如,下面图 3 中显示的参考板涵盖了信息娱乐和 ADAS,并且已经过电气特性、热性能和电磁兼容性 (EMC) 测试

诸如此类的参考和评估板可帮助工程师熟悉特定 DC-DC 开关稳压器解决方案的配置和实施要求,以及如何测试和评估关键规格。

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图 3。使用 ROHM BD9P 系列作为初级电源和 BD9S 系列作为次级电源的参考设计。图片由ROHM提供

随着汽车行业继续朝着更智能、更自动化的车辆发展,ADAS 非常重要。同时,信息娱乐结合了信息和娱乐,这是最终用户期望在新型车辆中看到的。这两者都可作为评估板的出色测试应用,使工程师能够确定初级和次级开关稳压器的可行性和性能。

原文

https://www.allaboutcircuits.com/industry-articles/dc-dc-switching-regulators-zero-in-on-automotive-and-industrial-designs

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