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	 > 市場分析 > 用于車輛跟蹤系統(tǒng)的集成電源解決方案
        
    
        

        

        


	
	
	

        
	
        
		
        
			
        用于車輛跟蹤系統(tǒng)的集成電源解決方案
        
						
        
				作者：ADI公司 Celso Aron、Dominic Clavillas、Jardine Penaflor
				時間：2021-05-13
				來源：電子產(chǎn)品世界
				
				
				
				
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        本文引用地址：http://www.antipu.com.cn/article/202105/425504.htm
        簡介
        車輛跟蹤系統(tǒng)(VTS)通常安裝在汽車和卡車中。VTS使用全球定位系統(tǒng)(GPS)等技術(shù)提供有關(guān)車輛的速度、位置和方向的實時信息。
        要確保VTS可靠工作，需要配備穩(wěn)健的DC-DC電源。電源的設(shè)計必須能夠防止系統(tǒng)出現(xiàn)常見的汽車故障，如負載突降、冷啟動、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，如果車輛掉電，系統(tǒng)必須能夠切換至備用電池以確保持續(xù)運行。最后，汽車電源必須符合汽車電磁干擾(EMI)標準，特別是CISPR 25的要求。
        為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，ADI公司開發(fā)了EVAL-ADVTS4152-EBZ電源解決方案，這是一款適用于車輛跟蹤系統(tǒng)的高性能、簡化電源解決方案。
        image.png
        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主模塊：LT4356-1浪涌抑制器、高效LT8609A降壓穩(wěn)壓器和LTC4040電池備用電源管理器。這三個模塊相互配合，向VTS等下游電子設(shè)備提供可靠高效的電源。
        EVAL-ADVTS4152-EBZ與標稱12 V或24 V系統(tǒng)兼容，旨在提供輸出5 V、3 A連續(xù)電流。當汽車電池掉電時，系統(tǒng)會自動從單節(jié)鋰離子電池(Li-Ion)或磷酸鋰鐵(LiFePO4)電池切換到備用電源。
        image.png
        圖2 EVAL-ADVTS4152-EBZ功能框圖
        表1 EVAL-ADVTS4152-EBZ電氣規(guī)格
        參數(shù)
        測試條件/注釋
        最小值
        典型值
        最大值
        單位
        輸入





        工作范圍
        適合12 V和24 V電源系統(tǒng)





        主電源
        6.5
        12或24
        38
        V

        電池
        2.7

        5
        V
        正浪涌保護



        200
        V
        反向保護

        -40


        V
        輸出





        電壓

        4.5

        5.5
        V
        紋波
        輸出 = 5 V、2 A





        主電源12 V（降壓模式）

        3.842

        mV

        電池3.6 V（升壓模式）

        9.522

        mV
        電流



        3
        A
        備用電池





        工作范圍

        2.7

        5
        V
        可選充電電壓
        鋰離子

        3.95、4.0、4.05或4.1

        V

        LiFePO4

        3.45、3.5、3.55或3.6

        V
        浪涌抑制器
        要設(shè)計一款能夠應(yīng)對高壓瞬變的汽車電源極具挑戰(zhàn)性，因為需要這樣一款器件，既能耗散多余電力，同時不會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(tǒng)免受高壓瞬變的影響，在高壓瞬變期間仍可持續(xù)運行。
        LT4356-1驅(qū)動一個作為調(diào)整管的外部N溝道、金屬氧化物半導體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)（參見圖3）。在正常工作模式下，LT4356-1使MOSFET完全開啟，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高，LT4356-1就會控制MOSFET的柵極，并將輸出電壓調(diào)節(jié)至由OUT引腳到地之間的R33和R34電阻分壓器設(shè)定的安全電壓電平。MOSFET保持開啟狀態(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，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示例。當交流發(fā)電機在汽車電池充電期間與電池斷開連接，造成電壓浪涌時，就會發(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電子部件，可避免這種瞬態(tài)情況的影響。
        測試設(shè)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EVAL-ADVTS4152-EBZ輸入傳送。然后在EVAL-ADVTS4152-EBZ的輸出施加一個1 A恒流負載。圖4顯示負載突降測試設(shè)置。
        image.png
        圖3 LT4356-1浪涌抑制器
        1620886884330100.png
        圖4 負載突降測試設(shè)置
        如圖5所示，實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(yīng)也顯示在通道1 (C1)。波形中的平坦區(qū)域表明芯片正在將電壓調(diào)節(jié)到所需的38 V鉗位電壓（見圖5）。
        image.png
        圖5 EVAL-ADVTS4152-EBZ在高瞬態(tài)電壓下的響應(yīng)
        降壓穩(wěn)壓器
        將LT4356-1的輸出連接到LT8609A高效率降壓穩(wěn)壓器的輸入（見圖6）。LT8609A具有3.0 V~42 V的寬輸入范圍。RT和地之間連接一個電阻，用于設(shè)置開關(guān)頻率。用戶通過SYNC引腳使能擴頻調(diào)制，以實現(xiàn)低EMI運行。
        電池備用電源管理器
        為確保VTS連續(xù)工作，還必須提供一個備用電源，在汽車電池掉電時供電。EVAL-ADVTS4152-EBZ有一個LTC4040高電流、升壓DC-DC穩(wěn)壓器，通過單節(jié)鋰離子電池或LiFePO4電池提供備份電源（見圖7）。
        當LT4356-1的輸出降至1.2 V電源失效輸入(PFI)閾值以下時，2.5 A升壓穩(wěn)壓器通過備用電池向下游負載供電。
        image.png
        圖6 LT8609A降壓穩(wěn)壓器
        image.png
        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渡波形。圖9顯示了測試設(shè)置。該仿真測試還顯示了EVAL-ADVTS4152-EBZ如何在冷啟動等欠壓瞬變情況下繼續(xù)運行。
        在圖8中，標稱12 V輸入顯示在通道1 (C1)。通道3 (C3)中顯示的系統(tǒng)輸出表明，當12 V輸入下降時，5 V輸出未中斷。此結(jié)果也表明在冷啟動瞬變情況下，EVAL-ADVTS4152-EBZ仍可連續(xù)運行。
        image.png
        圖8 EVAL-ADVTS4152-EBZ在掉電情況下的響應(yīng)（VIN = 12 V和VOUT = 5 V）
        選擇電池充電電壓
        當汽車電池電源可用時，升壓穩(wěn)壓器將作為降壓電池充電器反向運行。充電電壓可根據(jù)電池類型通過用戶可選引腳配置。LTC4040為兩種化學電池（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S1、S2和S3滑動開關(guān)輸入進行選擇。表2顯示了為兩種電池選擇充電電壓的開關(guān)配置。
        image.png
        圖9 掉電情況仿真測試設(shè)置
        表2 備用電池的充電電壓設(shè)置
        電池類型
        開關(guān)設(shè)置
        最小值
        典型值
        最大值
        單位
        電池調(diào)節(jié)輸出電壓





        用于LiFePO4選項
        S1 = 0, S2 = 0,   S3 = 0
        3.42
        3.45
        3.48
        V

        S1 = 0, S2 = 1,   S3 = 0
        3.47
        3.50
        3.53
        V

        S1 = 0, S2 = 0,   S3 = 1
        3.52
        3.55
        3.58
        V

        S1 = 0, S2 = 1,   S3 = 1
        3.57
        3.60
        3.63
        V
        用于鋰離子電池選項
        S1 = 1, S2 = 0,   S3 = 0
        3.92
        3.95
        3.98
        V

        S1 = 1, S2 = 1, S3   = 0
        3.97
        4.00
        4.03
        V

        S1 = 1, S2 = 0,   S3 = 1
        4.02
        4.05
        4.08
        V

        S1 = 1, S2 = 1,   S3 = 1
        4.07
        4.10
        4.13
        V
        熱關(guān)斷配置
        如果需要防止異常高的直流電壓，EVAL-ADVTS4152-EBZ還有一個可選的ADT6401引腳可選溫度開關(guān)，可用于提供過溫保護。有關(guān)基準電壓源的詳情，請參見EVAL-ADVTS4152-EBZ, UG-1916中的ADT6401原理圖。
        預合規(guī)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。需要滿足的測試要求如圖10所示，供參考。
        image.png
        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是一項汽車標準，針對車載接收機規(guī)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中的紅線表示CISPR25 5類電磁輻射和傳導輻射峰值限值。
        image.png
        圖11 輻射EMI性能，水平極化
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        圖12 輻射EMI性能，垂直極化
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        圖13 傳導EMI性能，正極性
        image.png
        圖14 傳導EMI性能，負極性
        參考文獻
        LT4356-1數(shù)據(jù)手冊。ADI公司。
        LT8609A數(shù)據(jù)手冊。ADI公司。
        LTC4040數(shù)據(jù)手冊。ADI公司。
        EVAL-ADVTS4152-EBZ電源解決方案用戶指南(UG-1916)。ADI公司。
        2019年8月，《模擬對話》第53卷，適用于惡劣汽車環(huán)境的綜合電源系統(tǒng)設(shè)計占用極小空間，節(jié)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要求的可靠汽車電源保護。ADI公司。
        
				
            
                
			
							
        
                
			              
              
            
        
		
        
		
        
		
        
		
        
		
        
			
          
				
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