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係統出現常見的汽車故障，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，係統必須能夠切換至備用電池以確保持續運行。最後，汽車電源必須符合汽車電磁幹擾(EMI)標準
，特別是CISPR 25的要求。

 

為了應對這些挑戰，ADI公司開發了EVAL-ADVTS4152-EBZ電源解決方案，這是一款適用於車輛跟蹤係統的高性能、簡化電源解決方案。

 

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主模塊：LT4356-1浪湧抑製器
、高效LT8609A降壓穩壓器和LTC4040電池備用電源管理器。這三個模塊相互配合，向VTS等下遊電子設備提供可靠高效的電源。

 

EVAL-ADVTS4152-EBZ與標稱12 V或24 V係統兼容，旨在提供輸出5 V、3 A連續電流。當汽車電池掉電時，係統會自動從單節鋰離子電池(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

 

 

浪湧抑製器

 

要設計一款能夠應對高壓瞬變的汽車電源極具挑戰性，因為需要這樣一款器件，既能耗散多餘電力，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浪湧抑製器就可以保護係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驅動一個作為調整管的外部N溝道、金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)（參見圖3）。在正常工作模式下
，LT4356-1使MOSFET完全開啟
，並提供從輸入到下遊負載的低阻抗路徑。如果輸入電壓浪湧過高，LT4356-1就會控製MOSFET的柵極，並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保持開啟狀態
，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關閉。

 

負載突降

 

負載突降是高壓瞬變的一個示例。當交流發電機在汽車電池充電期間與電池斷開連接，造成電壓浪湧時，就會發生負載突降。EVAL-ADVTS4152-EBZ使用LT4356-1浪湧抑製器保護敏感的汽車電子部件，可避免這種瞬態情況的影響。

 

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衝，並通過EVAL-ADVTS4152-EBZ輸入傳送。然後在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置。

 

圖3.LT4356-1浪湧抑製器

 

圖4.負載突降測試設置

 

如圖5所示
，實際浪湧波形顯示在通道2 (C2)
，浪湧電壓為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（見圖5）。

 

圖5.EVAL-ADVTS4152-EBZ在高瞬態電壓下的響應

 

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（見圖6）。LT8609A具有3.0 V~42 V的寬輸入範圍。RT和地之間連接一個電阻，用於設置開關頻率。用戶通過SYNC引腳使能擴頻調製，以實現低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穩壓器，通過單節鋰離子電池或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升壓穩壓器通過備用電池向下遊負載供電。

 

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)中顯示的係統輸出表明，當12 V輸入下降時，5 V輸出未中斷。此結果也表明在冷啟動瞬變情況下，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

 

當汽車電池電源可用時

，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
，可用於提供過溫保護。有關基準電壓源的詳情
，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並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。

 

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。

 

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電源解決方案用戶指南(UG-1916)。ADI公司。

 

2019年8月
，《模擬對話》第53卷
，適用於惡劣汽車環境的綜合電源係統設計占用極小空間，節省電池電量，並提供低EMI特性。ADI公司。

 

技術文章
，低靜態電流浪湧抑製器：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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