我們可能有過啟動汽車的經(jīng)歷，只是聽到咔噠聲而不是引擎轉(zhuǎn)動。這是由電池沒電引起的，盡管有很多原因?qū)е逻@種情況發(fā)生，但在大多數(shù)情況下，這是人為錯誤（有沒有人一夜之間把室內(nèi)燈打開？）。啟動汽車時也可能出現(xiàn)人為錯誤。
圖 1 – 正確連接跨接啟動電纜的電池。
汽車系統(tǒng)設(shè)計人員必須為在啟動汽車發(fā)動機時出現(xiàn)錯誤而可能出現(xiàn)的兩種情況做好準備：電池反接和雙電池情況。反向電池是指電池的跨接電纜的紅色端子連接到電池的地，黑色端子連接到電池的正極，與圖 1 相反。在這種情況下，二極管將保護系統(tǒng)，但在同時，二極管在正常運行時會產(chǎn)生系統(tǒng)損耗。根據(jù)系統(tǒng)的額定功率，正向壓降可以在 0.5V 至 1.0V 之間。這會產(chǎn)生熱量并增加整個系統(tǒng)的效率。
卡車和公共汽車使用兩個串聯(lián)的電池，而汽車只有一個電池。周圍唯一可以啟動我們的汽車的車輛可能是卡車。這會導(dǎo)致雙電池情況，此時施加到整個系統(tǒng)的電壓現(xiàn)在是兩倍。這給系統(tǒng)帶來了很大的壓力。
負載突降是工程師必須設(shè)計系統(tǒng)以承受和生存的另一個條件。這不會因電池反接等用戶錯誤而發(fā)生，因為它與系統(tǒng)本身產(chǎn)生問題有關(guān)。
圖 2 – 負載突降情況圖。
當交流發(fā)電機或電池的接地由于腐蝕甚至安裝不良而與系統(tǒng)斷開時，就會發(fā)生負載突降（如圖 2 所示）。這種斷開會產(chǎn)生一個很大的電壓尖峰，可能會影響整個系統(tǒng)。交流發(fā)電機在汽車電氣系統(tǒng)運行中起著重要作用，因此如果沒有它，我們的電池將耗盡。
所討論的所有條件都對汽車前端設(shè)計提出了重大挑戰(zhàn)，即如何保護控制單元、傳感器和娛樂系統(tǒng)等電子設(shè)備免受破壞性浪涌、電壓瞬變、靜電放電 (ESD) 和電源線上存在的噪聲的影響。瞬態(tài)電壓抑制器 (TVS) 是一種用于汽車電子保護的低成本解決方案，具有這些汽車應(yīng)用的幾個重要參數(shù)，包括額定功率、關(guān)斷電壓、擊穿電壓和最大擊穿電壓。我們還必須確保使用更高 V IN的下游 DC/DC 轉(zhuǎn)換器，以便系統(tǒng)不會出現(xiàn)尖峰問題，因為 TVS 無法抑制所有內(nèi)容。
在前端電源中，當將電池電壓轉(zhuǎn)換為處理器所需的電壓時，開關(guān)穩(wěn)壓器對于系統(tǒng)的整體功率密度和效率至關(guān)重要。開關(guān)穩(wěn)壓器的問題在于它在運行時會產(chǎn)生噪聲。開關(guān)需要快速改變電氣條件：這包括進入開關(guān)的電流；開關(guān)節(jié)點電壓變化；和輸出電壓紋波，以及與外部元件選擇有關(guān)的其他因素。在控制向多個方向循環(huán)的大量電力時，由于物理定律，其中一些因素?zé)o法改變。所有這些條件都有助于電磁兼容性，簡稱為 EMC。
汽車 EMC 的主要標準稱為 CISPR 25，它根據(jù)終端設(shè)備要求的嚴格程度和 EMC 需要的程度包括幾個等級。我們經(jīng)常可以在收音機的 AM 頻段聽到 EMC 產(chǎn)生的噪音。這是非常不可取的，因此我們需要通過過濾來抑制這種噪聲。汽車專用開關(guān)穩(wěn)壓器旨在通過結(jié)合架構(gòu)（電流模式是汽車中最常見的架構(gòu)）、組件布局（盡可能靠近開關(guān)穩(wěn)壓器并盡可能少）甚至器件引腳排列來最大限度地降低電磁噪聲。它永遠不能為零，但可以減少。
在 TI，我們開發(fā)了一個參考設(shè)計，使前端汽車電源設(shè)計人員能夠滿足所有這些汽車系統(tǒng)標準并解決本博客中討論的問題。
圖 3 – TI用于汽車后置攝像頭和 ADAS 系統(tǒng)的 CISPR 25 5 類多輸出參考設(shè)計。
圖 3 所示的 TI Designs 參考設(shè)計是一種傳導(dǎo)電磁干擾 (EMI) 優(yōu)化的多輸出設(shè)計，符合 CISPR 25 5 類汽車標準。這種 9W 設(shè)計非常適合支持冷車發(fā)動條件的寬范圍 V IN汽車高級駕駛輔助系統(tǒng) (ADAS) 應(yīng)用。該參考設(shè)計采用LM53603-Q1 DC/DC 穩(wěn)壓器（用作降壓）、LM26420 DC/DC 穩(wěn)壓器（用作雙降壓）和TPS60150開關(guān)電容器電壓轉(zhuǎn)換器（用作 5V 輸出的電荷泵）。該設(shè)計接受 4.5V IN至 20V IN的輸入電壓并提供 1.0A 時 3.3V、1.0A 時 2.5V、1.0A 時 1.8V 和 100mA 時 5V 的輸出。它體積小、價格便宜、效率高，并可針對 ADAS 和其他汽車相關(guān)應(yīng)用進行定制。四層印刷電路板 (PCB) 尺寸為 65mm x 100mm。
用于汽車后置攝像頭和 ADAS 系統(tǒng)參考設(shè)計的CISPR 25 5 類多輸出參考設(shè)計確保符合汽車電源設(shè)計工程師面臨的所有相關(guān) EMC、瞬態(tài)電壓甚至尺寸限制。該設(shè)計還可以防止前面討論的故障條件，例如雙電池和反向電池，它們通常與開關(guān)穩(wěn)壓器無關(guān)，而是整個系統(tǒng)設(shè)計的一部分。
