在汽车冷启动的过程中对电子设备有什么要求

汽车制造商长期以来利用电子设备来增强其车辆。分析师Databeans报告说，近年来车辆中的半导体内容一直以两位数的速度增长，现在已达到每辆车大约350美元。

尽管现代汽车是一个充满挑战的环境，但电子内容的增加仍然存在。硅。此外，除了正常运行的热量，振动和污垢之外，驾驶员还希望车辆的发动机管理单元和照明能够恢复生机，即使车辆的电源与内燃机的启动要求相悖（“冷启动” “）。除了由电池供电的任何安全系统之外，驾驶员认为这是理所当然的，但是必须准备好在点火钥匙被转动或按下启动按钮的瞬间工作。

问题是在寒冷的温度下成倍增加诸如增加内部电池电阻和发动机粘性润滑剂的额外起动负载等因素。更糟糕的是，许多现代汽车需要比旧式汽车更频繁的冷启动，因为每次汽车停止时，它们的发动机会自动停止作为经济措施。

本文探讨了冷启动过程中对电子设备的要求。了解一些主要芯片供应商如何利用其最新产品应对挑战。

冷启动的要求

传统汽车中的标准电源通常是由六个构造的铅酸电池2.1 V串联电池，提供12 V标称电压（实际为12.6 V）。在正常运行中，车辆的电池电压通常在9到16 V之间变化。¹

在冷启动期间电压的变化甚至更大。冷启动描述了从寒冷条件（或至少在低于正常运行条件的温度下）启动车辆发动机的动作。在冷启动期间，电池是旋转启动马达的唯一动力源，其反过来使发动机逆着气缸压缩，摩擦和粘性润滑剂的阻力旋转。发动机在点火之前需要达到80到200 rpm之间。

冷启动安培（CCA）定义了电池在0°F（-18°C）时可以提供的电流。额定值指定为当前铅酸电池在该温度下可以提供30秒，同时每个电池保持至少1.2 V（12 V电池为7.2 V）。新的充满电的铅酸电池的典型值在400到500A的范围内。电池的CCA取决于诸如充电状态，年龄和充电周期数等因素。没有传统的汽车电池可以立即达到其额定CCA。事情需要一些时间来热身。图1显示了冷启动下的典型电池配置文件。

图1：冷启动下的汽车电池电压曲线（由德州仪器公司提供）。

在几毫秒内，电池电压可降至3 V左右，并保持15 ms左右。恢复到6 V非常快，但是电压升高到标称输出可能需要多达20秒。²传统上，铅酸电池为启动，点亮和点火（SLI）供电车辆的系统（该设备有时被称为“SLI”电池）。一旦发动机嘀嗒一声，交流发电机供电在13.8和14.4 V之间，为其他车辆系统供电，并为电池充电。但是，现代汽车越来越依赖电池为导航系统，娱乐等项目提供电力屏幕和仪表板即使在发动机停止时也是如此（图2）。车辆乘员然后期望这些系统在冷启动期间继续运行，特别是在汽车中，其发动机在城市驾驶期间作为经济措施自动停止，然后在驾驶员踩下油门踏板时重新启动。

图2：即使发动机停止，驾驶员也希望仪表板保持亮起状态制造汽车级别

车辆中使用的半导体，特别是DC/DC电压转换器（“稳压器”）等功率芯片，必须设计成能够承受冷启动典型的宽电压输入变化，并且受到极端影响温度范围，振动和污垢。幸运的是，主要的芯片供应商意识到汽车行业可以产生的大批量订单，提供了一系列专门针对该市场的产品。

这些产品中的许多都符合AEC-Q100，这是一套由AEC-Q100定义的可靠性压力测试。汽车电子委员会的目的是为汽车应用IC提供资格。

产品从4级到0级分为四类：机械应力（热和压力测试），电压偏置应力，晶须生长评估和功率循环。某些制造商，例如凌力尔特公司，进行额外的器件级和封装级压力测试。该公司表示，它的汽车级元件还要经受液 - 液热冲击，瞬间焊接冲击和100％氧化应力测试。³

凌力尔特提供的组件包括LT3507，三通道降压稳压器采用38引脚，5 x 7 mm QFN封装。一个通道能够提供高达2.4 A的输出电流，而另外两个可提供1.5 A的电流。该公司表示，该器件的4至36 V宽输入范围使其成为调节各种电源（包括汽车）电源的理想选择。电池。在车辆应用中，该公司称LT3507的最小输入电压为4 V，使其能够在冷启动条件下工作。

德州仪器（TI）提供大量汽车级功率芯片。该公司的典型产品系列是LM5088（图3）。该器件是一种非同步，降压（“降压”）开关电压调节器。该公司称该器件是AEC-Q100 1级合格的汽车级产品，具有-40°至+ 125°C的工作结温。

图3：TI的LM5088是AEC -Q100 1级合格。

LM5088的输入电压范围为4.5至75 V，可提供8.3至13 V.该公司表示，使用仿真控制斜坡可降低脉冲宽度调制（PWM）的噪声灵敏度电路，可以可靠地控制高输入/低输出电压应用中所需的非常小的占空比。 LM5088开关频率可在50 kHz至1 MHz范围内编程。通过在输入端使用桥式整流器和高价值铝电解电容器，当输入电压降至4.5 V以下时，在冷启动操作的短时间内可确保连续工作。

同样，意法半导体提供一系列AEC -Q100-“Q Automotive”系列中的合格元件。 A5973D是一款开关稳压器，最小开关电流限制为2.25 A，因此可根据应用条件向负载提供最多2个ADC。输出电压可设置为1.235至35 V.内部振荡器将开关频率固定为250 kHz。该公司表示，A5973D的最小输入电压为4 V（最大36 V），适用于即使在冷启动期间也需要工作的汽车应用。

低输入电压容限

现代的独特工作条件车辆为增加的硅量提供了具有挑战性的环境。电压变化，特别是在冷启动下，对于敏感芯片来说是一个特别棘手的问题。

开关电压转换器的主要制造商已经通过引入一系列功率芯片来缓解这个问题，这些芯片能够在很宽的范围内调节电源规格。输入电压特别是，这些器件即使在铅酸电池提供的低输入电压下也能够继续令人满意的操作，以应对启动冷发动机的压力。