要確保VTS可靠工作，需要配備穩健的DC-DC電源。電源的設計必須能夠防止系統出現常見(jiàn)的汽車(chē)故障，如負載突降、冷啟動(dòng)、反極性以及ISO 7637-2和ISO 16750-2中描述的其他具有破壞性的潛在瞬變。

 

此外，如果車(chē)輛掉電，系統必須能夠切換至備用電池以確保持續運行。最后，汽車(chē)電源必須符合汽車(chē)電磁干擾(EMI)標準，特別是CISPR 25的要求。

 

為了應對這些挑戰，ADI公司開(kāi)發(fā)了EVAL-ADVTS4152-EBZ電源解決方案，這是一款適用于車(chē)輛跟蹤系統的高性能、簡(jiǎn)化電源解決方案。

 

圖1.EVAL-ADVTS4152-EBZ電源解決方案評估板

 

集成解決方案

 

EVAL-ADVTS4152-EBZ電源解決方案集成三個(gè)主模塊：LT4356-1浪涌抑制器、高效LT8609A降壓穩壓器和LTC4040電池備用電源管理器。這三個(gè)模塊相互配合，向VTS等下游電子設備提供可靠高效的電源。

 

EVAL-ADVTS4152-EBZ與標稱(chēng)12 V或24 V系統兼容，旨在提供輸出5 V、3 A連續電流。當汽車(chē)電池掉電時(shí)，系統會(huì )自動(dòng)從單節鋰離子電池(Li-Ion)或磷酸鋰鐵(LiFePO4)電池切換到備用電源。

 

圖2.EVAL-ADVTS4152-EBZ功能框圖

 

表1.EVAL-ADVTS4152-EBZ電氣規格

 

 

浪涌抑制器

 

要設計一款能夠應對高壓瞬變的汽車(chē)電源極具挑戰性，因為需要這樣一款器件，既能耗散多余電力，同時(shí)不會(huì )損壞敏感的電子器件。EVAL-ADVTS4152-EBZ電源解決方案中的LT4356-1浪涌抑制器就可以保護系統免受高壓瞬變的影響，在高壓瞬變期間仍可持續運行。

 

LT4356-1驅動(dòng)一個(gè)作為調整管的外部N溝道、金屬氧化物半導體場(chǎng)效應晶體管(MOSFET)（參見(jiàn)圖3）。在正常工作模式下，LT4356-1使MOSFET完全開(kāi)啟，并提供從輸入到下游負載的低阻抗路徑。如果輸入電壓浪涌過(guò)高，LT4356-1就會(huì )控制MOSFET的柵極，并將輸出電壓調節至由OUT引腳到地之間的R33和R34電阻分壓器設定的安全電壓電平。MOSFET保持開(kāi)啟狀態(tài)，直到接地的TMR引腳處連接的電容電荷(CTMR)達到1.35 V。此時(shí)，GATE引腳拉低，使MOSFET關(guān)閉。

 

負載突降

 

負載突降是高壓瞬變的一個(gè)示例。當交流發(fā)電機在汽車(chē)電池充電期間與電池斷開(kāi)連接，造成電壓浪涌時(shí)，就會(huì )發(fā)生負載突降。EVAL-ADVTS4152-EBZ使用LT4356-1浪涌抑制器保護敏感的汽車(chē)電子部件，可避免這種瞬態(tài)情況的影響。

 

測試設置

 

我們使用DC1950A負載突降生成器生成負載突降測試脈沖，并通過(guò)EVAL-ADVTS4152-EBZ輸入傳送。然后在EVAL-ADVTS4152-EBZ的輸出施加一個(gè)1 A恒流負載。圖4顯示負載突降測試設置。

 

圖3.LT4356-1浪涌抑制器

 

圖4.負載突降測試設置

 

如圖5所示，實(shí)際浪涌波形顯示在通道2 (C2)，浪涌電壓為105.6 V，衰減約400 ms。輸出電壓保持在5 V，顯示在通道 3 (C3)，表示電源未中斷。在圖5中，LT4356-1響應也顯示在通道1 (C1)。波形中的平坦區域表明芯片正在將電壓調節到所需的38 V鉗位電壓（見(jiàn)圖5）。

 

圖5.EVAL-ADVTS4152-EBZ在高瞬態(tài)電壓下的響應

 

降壓穩壓器

 

將LT4356-1的輸出連接到LT8609A高效率降壓穩壓器的輸入（見(jiàn)圖6）。LT8609A具有3.0 V~42 V的寬輸入范圍。RT和地之間連接一個(gè)電阻，用于設置開(kāi)關(guān)頻率。用戶(hù)通過(guò)SYNC引腳使能擴頻調制，以實(shí)現低EMI運行。

 

電池備用電源管理器

 

為確保VTS連續工作，還必須提供一個(gè)備用電源，在汽車(chē)電池掉電時(shí)供電。EVAL-ADVTS4152-EBZ有一個(gè)LTC4040高電流、升壓DC-DC穩壓器，通過(guò)單節鋰離子電池或LiFePO4電池提供備份電源（見(jiàn)圖7）。

 

當LT4356-1的輸出降至1.2 V電源失效輸入(PFI)閾值以下時(shí)，2.5 A升壓穩壓器通過(guò)備用電池向下游負載供電。

 

圖6.LT8609A降壓穩壓器

 

圖7.LTC4040電池備用電源管理器

 

正常模式到備用電池模式

 

為了仿真掉電情況，斷開(kāi)EVAL-ADVTS4152-EBZ輸入端的電源，查看從正常工作模式到備用電池模式的過(guò)渡波形。圖9顯示了測試設置。該仿真測試還顯示了EVAL-ADVTS4152-EBZ如何在冷啟動(dòng)等欠壓瞬變情況下繼續運行。

 

在圖8中，標稱(chēng)12 V輸入顯示在通道1 (C1)。通道3 (C3)中顯示的系統輸出表明，當12 V輸入下降時(shí)，5 V輸出未中斷。此結果也表明在冷啟動(dòng)瞬變情況下，EVAL-ADVTS4152-EBZ仍可連續運行。

 

圖8.EVAL-ADVTS4152-EBZ在掉電情況下的響應（VIN = 12 V和VOUT = 5 V）

 

選擇電池充電電壓

 

當汽車(chē)電池電源可用時(shí)，升壓穩壓器將作為降壓電池充電器反向運行。充電電壓可根據電池類(lèi)型通過(guò)用戶(hù)可選引腳配置。LTC4040為兩種化學(xué)電池（鋰離子電池和LiFePO4）各提供四種不同的充電電壓選項，這些選項可通過(guò)S1、S2和S3滑動(dòng)開(kāi)關(guān)輸入進(jìn)行選擇。表2顯示了為兩種電池選擇充電電壓的開(kāi)關(guān)配置。

 

圖9.掉電情況仿真測試設置

 

表2.備用電池的充電電壓設置

 

熱關(guān)斷配置

 

如果需要防止異常高的直流電壓，EVAL-ADVTS4152-EBZ還有一個(gè)可選的ADT6401引腳可選溫度開(kāi)關(guān)，可用于提供過(guò)溫保護。有關(guān)基準電壓源的詳情，請參見(jiàn)EVAL-ADVTS4152-EBZ, UG-1916中的ADT6401原理圖。

 

預合規測試

 

ISO 7637-2:2011和ISO 16750-2:2012標準

 

ISO 7637-2:2011和ISO 16750-2:2012標準描述了可能的瞬變情況并指定了瞬變仿真測試方法。需要滿(mǎn)足的測試要求如圖10所示，供參考。

 

圖10.ISO 7637-2和ISO 16750-2測試要求

 

CISPR 25電磁輻射和傳導輻射

 

CISPR 25是一項汽車(chē)標準，針對車(chē)載接收機規定了防電磁輻射和傳導輻射保護要求。圖11和圖12顯示了EVAL-ADVTS4152-EBZ的輻射EMI性能。圖13和圖14顯示了傳導EMI性能。圖11至圖14中的紅線(xiàn)表示CISPR25 5類(lèi)電磁輻射和傳導輻射峰值限值。

 

圖11.輻射EMI性能，水平極化

 

圖12.輻射EMI性能，垂直極化

 

圖13.傳導EMI性能，正極性

 

圖14.傳導EMI性能，負極性

 

參考文獻

 

LT4356-1數據手冊。ADI公司。

LT8609A數據手冊。ADI公司。

LTC4040數據手冊。ADI公司。

EVAL-ADVTS4152-EBZ電源解決方案用戶(hù)指南(UG-1916)。ADI公司。

 

2019年8月，《模擬對話(huà)》第53卷，適用于惡劣汽車(chē)環(huán)境的綜合電源系統設計占用極小空間，節省電池電量，并提供低EMI特性。ADI公司。

 

技術(shù)文章，低靜態(tài)電流浪涌抑制器：符合ISO 7637-2和ISO 16750-2要求的可靠汽車(chē)電源保護。ADI公司。

 

©2020 Analog Devices，Inc.保留所有權利。商標和注冊商標屬各自所有人所有。

 

 

推薦閱讀：