满足电池供电的汽车电子设备的电力需求吗「汽车用电设备包括哪些」

今天带来满足电池供电的汽车电子设备的电力需求吗「汽车用电设备包括哪些」，关于满足电池供电的汽车电子设备的电力需求吗「汽车用电设备包括哪些」很多人还不知道，现在让我们一起来看看吧！

你最近开新车吗？它可以是一种近乎未来主义的体验，配备精密的仪表、触摸屏、连接的娱乐系统和照明——所有这些都需要电力。所有这些电子设备的背后是电池稳压器和电池充电器，它们管理进出 12V、24V 和 48V 电池的电源。每年，受支持的附件和电子系统的“必备”列表都在增长，期望支持的电源组件的尺寸、重量和数量能够跟上不断增长的电源需求。

48V在汽车电源中的出现

汽车电子设备消耗大量电力，为了满足这些需求，许多新型车辆配备了由传统铅酸 12V 电池和 48V 锂离子电池组成的双电池系统。已经在欧洲流行的“微型”和“温和”混合动力车在包括美国市场在内的全球范围内获得了发展势头。微型和轻度混合动力汽车使用 12V 电池和 48V 锂离子电池。这些双电池汽车在车辆停止时关闭发动机，并在驾驶员踩下离合器或踩油门踏板时重新启动发动机。这种自动停止/启动功能已被证明可将燃油经济性提高 5-10%。

在这些系统中，12V 或 24V 铅酸电池支持启动和传统汽车中的所有典型电子设备，如仪表板、娱乐系统和前照灯等。48V 锂离子电池为高负载系统（如交流压缩机和主动底盘系统，其中可能包括转向、再生制动和稳定性管理。如图 1 所示，双电池方法依靠在不同电压下运行的不同电池技术来相互补充。这导致需要能够接受宽输入电压并能够在降压和升压模式之间切换，同时提供稳定的稳压输出的线路稳压器。

图1

图1 广义轻度混合双电池架构

有人会争辩说，双电池混合电压系统只是通向全 48V 汽车系统的垫脚石。在未来 5 到 10 年，48V 电子设备将开始取代汽车电子设备的传统 12V 电源轨。在此过渡期间，对能够支持传统 12V 系统和未来 48V 系统的电源组件的需求将增加。

DC/DC 电池调节和充电所需的多功能性

电池供电的汽车应用和配件中的 DC/DC 调节和充电有其独特的要求和挑战。就其性质而言，电池供电电压随温度、负载和充电状态 (SOC) 变化很大。这些宽电压摆幅需要一个非常灵活的 DC/DC 稳压器，该稳压器可以在降压和升压模式之间自动无缝转换。

例如，在常规使用期间，典型的 12V 汽车电池输出电压范围为 8V-16.5V。请参见图 2 和图 3 中的电压与 SOC 曲线。低温或在老化的电池上测量时，电压波动会进一步加剧。线路调节器还必须应对由交流发电机充电的电池，并且必须为产生大感应电压瞬变的负载突降情况做好准备。

如果不加以检查，这些电压尖峰可能高达 120V，并且需要钳位电路将这些负载突降电压在 12V 电池中保持在或低于 40V，在 24V 系统中保持在 60V [ii]。这些可高达 60V 的宽输入摆幅对于许多稳压器来说太大了，而且大多数稳压器会在其输入超过 36V 时停止调节。很少有解决方案能够在 8-60V 的整个输入范围内管理电压摆幅，同时在实际条件下保持稳定的稳压输出。

图 2 电压与 SOC 电荷

图 3 电压与 SOC 放电

电池稳压器应支持恒流恒压

通常，负载调节器应提供稳定的负载调节和足够的带宽，以便快速调整负载瞬态。在电池供电系统中使用时，还需要对电池进行充电。为了同时支持负载调节和电池充电，调节器还应该能够在传统的电压优先和电流优先调节模式之间切换。需要一个能够在恒定电流/恒定电压 (CC/CV) 模式之间来回切换的稳压器来实现用于为电池充电的典型 CC/CV 方案。具有此功能的稳压器无需额外的专用稳压器来进行电池充电。

使用单个稳压器支持电压优先级和电流优先级的能力允许一个设备为电池充电、对大型保持电容器进行预充电/再充电或调节负载。随着越来越多的电子产品通过汽车配件市场进入汽车，对支持电池充电方案的多功能稳压器的需求不断增长。

跨线路输入范围的均匀效率简化了系统设计

下一代降压升压稳压器还可以通过提高宽输入范围内的效率来超越传统稳压器。乍一看，仅将稳压器效率提高几个百分点的重要性可能并不明显，但在应用的背景下，它确实很重要。需要明确的是，效率一直很重要，即使在相对低功耗的应用中，如电池供电的移动设备，效率等同于更长的电池寿命。在更高功率的应用（大于 50W）中，这仍然是正确的。

在判断降压升压稳压器的性能时要考虑的一个重要特征是整个线路输入范围内的效率曲线的平坦度。许多稳压器吹捧在窄范围内的高效率，这对于输入电压相当稳定的应用来说是可以的。然而，在调节电池的广泛变化时，应更仔细地检查调节器效率曲线的平坦度。均匀线效率的好处是它简化了热设计，允许系统设计人员规划整个工作范围内的均匀热负载。

效率对热设计和成本的影响

转换效率直接影响热设计和系统的可靠性，进而影响系统总成本。与传统的 DC/DC 稳压器相比，新一代 DC/DC 稳压器可以轻松实现 2-3 点的效率提升。效率提高 2-3% 相当于在 100W-200W 的汽车应用中节省 2-6W 的功率。在满载时，这会减少 2-6W 的热量，必须从系统中移除。这些效率的增量改进也扩大了系统的热容限。该裕量可在更宽的温度范围内实现全功率输送，同时降低相关的冷却成本并提供更稳健的设计。此外，更高效率的功率转换降低了每单位能量提供给负载或为电池充电而对源发电机的需求。

体积小、重量轻，提供更好的解决方案

尺寸、功率密度和对更高效率解决方案的需求仍然是重中之重。在汽车电池供电应用中，制造商正面临更高的燃油经济性要求，而消费者则需要更多的车内电子产品。但随着机舱内电子设备的总数稳步增加，可用的机舱空间仍然相当稳定。为监管机构寻找空间来支持这些额外的电子设备是很困难的。此外，对轻量化解决方案的需求对于满足车辆重量目标和燃油经济性标准至关重要。

随着汽车配件的升级，系统设计人员面临着在不增加分配给稳压器的空间的情况下提高额定功率能力的挑战，从而推动了对重量轻、功率密集的解决方案的需求，这些解决方案可以在与传统解决方案相同或更小的占位面积内支持更大的负载。新一代降压升压稳压器通过提高其工作的开关频率来满足这一需求。更高的开关频率允许更小的能量存储和无源元件，如功率电感器和相关的滤波电容器。更小的功率元件和滤波元件有助于减少空间并允许更高的功率密度。

下一代降压升压稳压器

双电池汽车系统已变得司空见惯，并推动了对新的电池供电 DC/DC 转换解决方案的需求——这种需求因包括音频/视频娱乐、导航和视频监控系统在内的售后电子产品的持续扩散而更加复杂，后者越来越多地被添加到公共巴士、送货车辆和出租车中（图 4）。

图 4 汽车数字视频录像系统的电源链

当今的汽车配件需要能够进行宽输入线路调节的新一代降压升压稳压器，并且可以作为电池充电解决方案的一部分提供电压和电流优先调节。由于能够在整个线路输入范围内以高效率支持充电和调节，系统设计人员可以简化其 BOM 并使用单个 DC/DC 稳压器来支持多种产品设计。

多功能性对于快速变化的汽车市场至关重要

汽车电子产品和配件的数量和种类不断增加，推动了对更先进的电源组件的需求，以支持这些电子产品。这些系统依赖于多种电池化学成分，并且可以在不同的电压下运行，因此需要新一代的 DC/DC 稳压器。

支持 12V 和 48V 系统。 灵活性、尺寸、密度和效率是在为当今和未来不断发展的汽车选择电源解决方案时需要仔细考虑的一些重要特性。