合适的电源可以简化汽车ECU设计

在上一篇文章中，将汽车电子模块或ECU的设计归结为能够满足三个基本要求：

可以处理高压情况，如负载突降或双电池跳跃。

可穿越低压冷启动条件

在待机条件下消耗最小电流，即低静态电流。

在本条目中，我将解释如何通过为ECU、模块或电路板选择合适的稳压器来实现这三者。

让我们从调节器的类型开始。开关模式稳压器提供最高的效率和最大的输出功率可用性（优于线性稳压器），特别是当输入限制在 12V / 100μA 时。同步降压配置可产生最高效率。

例如，让我们看一下LT8610同步降压型稳压器。它通过在其输入端吸收高达42V的电压来满足输入要求。它满足静态电流要求：停机模式时为 2.5μA。问题是它是否满足效率和压差（冷启动）要求。

对于压差测试，我假设输出配置为3.3V。这适用于大多数应用，因为除了USB，ECU不使用太多5V电路。对于3.3V输出，冷启动脉冲对简单的降压拓扑没有问题，因此，如果该器件能够满足冷启动时的压差要求，则不需要其他花哨的电路。我将展示LT8610可以满足下面的压差要求，但首先，效率如何？

LT8610 数据手册显示了一条 12V 输入至 3.3V 输出效率曲线（图 1）。该曲线涵盖了非常宽的负载电流范围，超过六十倍频程的负载，或约128dB的动态电流。

图1.LT8610 数据表效率

为了更好地说明汽车世界的效率，我使用现有的LT8610演示板DC1749A在700kHz下进行了一些测量，并绘制了六十倍频程的负载电流，以在图2中显示更高的分辨率。我将输入电压更改为更逼真的13.5V，以适应汽车世界。总功率损耗以蓝色显示。

图2.LT8610 测得的效率 13.5V 至 3.3V

在 13.5V/100μA 输入时，您仍然可以在 320.3V 输出时获得超过 3μA 的可用输出电流。图1和图2中的图表显示了相对于输出电流的效率，而图3中的图表经过重新排列，显示了13.5V时的输入电流。在 100μA 输入电流下，LT8610 显示出超过 81% 的效率。

图3.LT8610 测量的效率与输入电流的关系

如果您寻找仍能保持3.3V输出电压的有效输入电压，我们可以在LT8610数据手册中找到压差电压。

图4中的图表没有说明它在哪个电压电平下有效。一个限制是稳压器内核仍能正常工作的最小输入电压。

图4.数据表中的LT8610压差电压

为此，我们在数据手册中找到了最小输入电压：

图5.LT8610数据手册中的最小输入电压

表中的红点表示此参数是在整个工作温度范围内指定的。

图6显示了V的UVLO（欠压锁定）的典型温度依赖性在.我们看到，图 6 中规定的最坏情况是在低温下。在室温下对库存演示板的测试显示：

图6.LT8610 UVLO 与数据表中的温度的关系

表1中的所有值始终低于图4所示的数据手册值。

表 1.测得的压差与输出电流的关系

下一个限制可能来自稳压器可以管理的最小和最大占空比。在数据手册中，我们找到了最小导通和关断时间的百分比值，而不是占空比限制。这对于具有如此宽频率范围（从200kHz至2.2MHz）的稳压器来说是有意义的。

图7.LT8610 数据手册中的最小导通时间和关断时间

对于连续模式下的降压稳压器，占空比 = VOUT / VIN 占空比 = 1。

对于 1MHz 的开关频率，您可以假设最大占空比 = （1000ns−110ns） / 1000ns = .89。

这通常会进一步增加压差，但在LT8610系列中，该器件将开始跳过时间周期，因此最小关断时间不会进一步增加压差。

图8.在压差附近跳过关断时间周期，因此最小关断时间不会增加压差电压

LT8610 在压差条件下，由于跳过了时间周期，因此其有效工作频率将从设定的 700khz 显著降低。这样可以尽可能长时间地保持输出电压升高。

因此，可以使用单个降压型稳压器（如LT8610）来满足大多数ECU的三个主要要求。它可以接受 42V 输入，允许它直接从电池总线工作。其压差特性和低UVLO使其可以直接处理冷启动条件。最后，其 2.5μA 的工作静态电流肯定足够低，其高效率可延长电池寿命。

审核编辑：郭婷