數(shu)字(zi)元(yuan)件(jian)的(de)增(zeng)多(duo)導(dao)致(zhi)電(dian)源(yuan)電(dian)壓(ya)下(xia)降(jiang)以(yi)及(ji)元(yuan)件(jian)內(nei)電(dian)流(liu)上(shang)升(sheng)
，加(jia)上(shang)政(zheng)府(fu)法(fa)規(gui)對(dui)二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)排(pai)放(fang)的(de)要(yao)求(qiu)日(ri)趨(qu)嚴(yan)苛(ke)，以(yi)及(ji)消(xiao)費(fei)者(zhe)對(dui)燃(ran)油(you)經(jing)濟(ji)性(xing)的(de)要(yao)求(qiu)，工(gong)程(cheng)師(shi)需(xu)要(yao)從(cong)電(dian)源(yuan)管(guan)理(li)模(mo)塊(kuai)的(de)設(she)計(ji)方(fang)麵(mian)考(kao)慮(lv)如(ru)何(he)降(jiang)低(di)功(gong)耗(hao)，減(jian)小(xiao)靜(jing)態(tai)電(dian)流(liu)，提(ti)升(sheng)係(xi)統(tong)能(neng)效(xiao)並(bing)符(fu)合(he)各(ge)種(zhong)環(huan)境(jing)法(fa)規(gui)及(ji)安(an)全(quan)標(biao)準(zhun)。

電源能效

盡jin量liang提ti升sheng電dian源yuan能neng效xiao一yi直zhi是shi設she計ji的de一yi個ge核he心xin目mu標biao。從cong熱re力li學xue角jiao度du來lai講jiang，現xian實shi世shi界jie的de能neng量liang轉zhuan移yi並bing不bu完wan美mei，由you於yu散san熱re和he其qi他ta係xi統tong損sun耗hao等deng因yin素su，輸shu入ru功gong率lv永yong遠yuan不bu可ke能neng等deng於yu輸shu出chu功gong率lv。這zhe由you電dian源yuan能neng效xiao來lai衡heng量liang
，也ye就jiu是shi輸shu出chu功gong率lv除chu以yi輸shu入ru功gong率lv的de比bi值zhi。

我們假定線性穩壓器和開關電源都有2.5 W的額定功率，以及5 V輸出電壓和0.5 A輸出電流，那麼線性穩壓器需要6 W的輸入功率（損失的3.5 W歸咎於穩壓器散熱），能效為41%
，而開關式穩壓器僅需2.8 W的輸入功率，能效高達90%。

因(yin)此(ci)，開(kai)關(guan)方(fang)案(an)提(ti)供(gong)比(bi)線(xian)性(xing)方(fang)案(an)更(geng)高(gao)的(de)能(neng)效(xiao)。對(dui)設(she)計(ji)師(shi)來(lai)說(shuo)

，了(le)解(jie)從(cong)線(xian)性(xing)方(fang)案(an)邁(mai)向(xiang)開(kai)關(guan)方(fang)案(an)的(de)設(she)計(ji)考(kao)量(liang)及(ji)其(qi)對(dui)設(she)計(ji)的(de)影(ying)響(xiang)是(shi)很(hen)有(you)必(bi)要(yao)的(de)。

開關電源設計考量

根據開關電源的工作原理

，通過導通和關斷的開關狀態對輸入電壓進行增加/減小/逆(ni)變(bian)的(de)脈(mai)衝(chong)調(tiao)製(zhi)
，這(zhe)是(shi)優(you)於(yu)線(xian)性(xing)方(fang)案(an)隻(zhi)能(neng)減(jian)小(xiao)輸(shu)入(ru)電(dian)平(ping)的(de)又(you)一(yi)優(you)勢(shi)。然(ran)而(er)，開(kai)關(guan)方(fang)案(an)也(ye)有(you)很(hen)多(duo)弊(bi)端(duan)，由(you)於(yu)其(qi)複(fu)雜(za)的(de)反(fan)饋(kui)回(hui)路(lu)，外(wai)部(bu)元(yuan)件(jian)較(jiao)線(xian)性(xing)方(fang)案(an)多(duo)且(qie)需(xu)要(yao)更(geng)多(duo)的(de)PCB麵積，再加上開關的性質導致其除噪性能差。

為減輕開關電源弊端
，係統設計師需作以下考量：

(一)電磁幹擾

減少回路麵積，優化PCB布局，從而減弱電路間的幹擾；

避免由穩壓器和係統環境產生的敏感頻段；

采用擴頻調製技術、決定光譜含量和去耦方案降低排放峰值。

(二)外部元件數量

集成的電源開關可減小布線尺寸，功耗比板外電源開關更低，且更易於設計。

(三)PCB麵積

減小電感和電容的尺寸，所占PCB麵積得以減小，且開關頻率增加，使能效得以提升
，同時減弱PCB電磁輻射和電磁幹擾。但需注意盡量使導通和開關損耗最小化
，降低噪聲。

(四)反饋回路設計

為匹配輸出阻抗的後穩壓器選擇合適的負輸入電阻以避免振蕩，達到穩壓輸出的目的；

有效使用仿真工具以了解頻域中的頻率補償；頻率補償可通過選擇單極響應控製方案來實現。

(五)瞬態電流

將線性穩壓器和開關電源並聯
，可減小瞬態電流，稱為混合開關電源；且可根據線路負載情況


，以恒定的開和關條件進行脈衝頻率調製。

汽車係統電源拓撲結構演變

工程師須視具體的應用為汽車係統選擇合適的電源管理設計方案。

混合線性/開關電源(SMPS)方案典型用於汽車ADAS係統和啟停係統

隨著車輛主動安全係統的重要性的與日俱增，先進駕駛輔助係統(ADAS)逐漸從高檔車應用擴展至中低檔車，它通過協助駕駛員控製車輛的複雜過程以提供更安全便利的駕駛體驗如自適應巡航控製
、盲點監控
、車道偏離警報、夜視、車道保持協助、以及具自動轉向和製動措施的碰撞警報係統。下一代ADAS係統將可令駕駛體驗進一步自動化，如：用智能手機app協助自動停車
；搭載V2X通訊係統實現車輛與車輛或車輛與外界環境的即時信息交換，從而大大緩解交通堵塞，減少交通事故的發生；通過介質雷達傳感器平台識別事故隱患，作出靈敏反應並自主采取行動，提供多重安全功能的同時降低成本。

這就需要配以係統基礎芯片(SBC), 通過通信技術如以太網成功連接車輛中的各部分如攝像頭、GPS、雷達和旋轉編碼器來實現。由於ADAS係統高集成度的複雜性，係統設計師需要為其選擇高精度和可定製的電源和功率模塊，為電源部分提供專用功能如看門狗功能、電源監控冗餘功能以及電壓監控功能，以保證符合ISO26262標準的汽車安全完整性(ASLI) B等級，實現整車功能性安全和更安全的駕駛體驗。

隨sui著zhe燃ran油you經jing濟ji性xing標biao準zhun和he規gui範fan的de二er氧yang化hua碳tan排pai放fang協xie議yi的de推tui行xing，啟qi停ting係xi統tong的de市shi場chang需xu求qiu日ri益yi增zeng加jia。所suo謂wei啟qi停ting係xi統tong，即ji在zai汽qi車che行xing駛shi過guo程cheng中zhong臨lin時shi停ting車che的de時shi候hou自zi動dong熄xi火huo，需xu要yao繼ji續xu前qian進jin時shi係xi統tong自zi動dong重zhong啟qi內nei燃ran機ji，從cong而er減jian少shao發fa動dong機ji空kong閑xian的de時shi間jian，以yi減jian少shao燃ran油you消xiao耗hao和he二er氧yang化hua碳tan排pai放fang。

內燃機無法自行啟動，需要外力引發燃燒循環。這是啟動電機的用途所在，當插入點火開關鑰匙並將開關扭至“開”，qidongdianjiqidong。raner，qidongdianjizhuandongqubingfadongyinqingxuyaodedianliuliangfeichangda
，daozhizaiqidongjieduanqichedianchidianyaxianzhuxiajiang。weibimianqidongjieduandeyajiang，hunhexianxing/SMPS方案被進一步改進，於降壓穩壓器和電池供電的LDO之間添加啟停預升壓器（如圖一右上角所示），它(ta)基(ji)於(yu)點(dian)火(huo)開(kai)關(guan)打(da)開(kai)和(he)關(guan)閉(bi)
，以(yi)滿(man)足(zu)啟(qi)停(ting)係(xi)統(tong)的(de)低(di)壓(ya)啟(qi)動(dong)。預(yu)升(sheng)壓(ya)器(qi)通(tong)常(chang)采(cai)用(yong)大(da)功(gong)率(lv)集(ji)中(zhong)式(shi)多(duo)相(xiang)升(sheng)壓(ya)和(he)分(fen)布(bu)式(shi)小(xiao)功(gong)率(lv)單(dan)相(xiang)升(sheng)壓(ya)等(deng)方(fang)法(fa)
，用(yong)以(yi)避(bi)免(mian)電(dian)壓(ya)驟(zhou)降(jiang)導(dao)致(zhi)的(de)異(yi)常(chang)，並(bing)符(fu)合(he)12 V係統的 ISO 16750標準。

開關電源方案典型用於駕駛信息係統

駕駛信息係統包括車輛內外的信息係統、通信係統以及娛樂係統

，是汽車發展的主要部分。油耗、車速
、導航、娛樂及ADAS係統等信息都可通過儀表盤和中控麵板向駕駛員顯示。Nvidia
、Inteldengchangshangbuduantishengxitongjichengnenglibingkaifazhinengjiejuefangan，tongguotuxingchuliqijichenghelianjiegezhongbutongcheliangdegongneng。youyuxitongneibuxuyaojinxingdaliangdejisuan
，suoyijiashixinxixitongshuyugaogonglvyingyong
，kecaiyongkaiguandianyuanfangan。danxiang/多相SMPS作為用於駕駛信息係統的關鍵技術，可根據實時使用狀況進行動態電壓調節，減少不必要的功耗。安森美半導體的NCV8901係列是集成降壓SMPS的轉換器
，輸出電流為1.2 A，工作頻率為2 MHz，輸入電壓範圍4.5 V 至36 V，可耐受40 V拋負載電壓，芯片工作結溫為-40℃至150℃，體積小，輸出精度高
，可在駕駛信息係統中使用。

汽車電源朝48 V 係統進發

因應不斷提升的節能減排的需求/規範，輕型48 V係統銷量近十年來一直在增長。48 V結構由12 V和48 V網絡組成，兩個網絡之間通過雙向輸出的SMPS相連，結合傳統的12 V或14 V網絡
，像大多數傳統車輛一樣采用鉛酸電池。一個48 V鋰離子電池配備一個獨立的48 V網絡。12 V網絡處理傳統的負載：照明、點火、娛樂
、音頻係統以及電子模塊。48 V係統支持主動底盤係統、空調壓縮機和再生製動。48 Vjiegoudeguanjianyoudianzaiyutajieheleshuangyashezhijizhongsuozhouzhideqitingjishudeyoudian，gengyouxiaodibuzhuocheliangzhidongnengliang，weibuduanzengjiadedianqifuzaitigonggenggaogonglv，tongshitishengkenenggaoda15%的燃油能效；此外，它還減小傳送到負載的電流、減少線束重量從而提升電源能效。

結語

汽(qi)車(che)行(xing)業(ye)相(xiang)關(guan)的(de)電(dian)源(yuan)管(guan)理(li)模(mo)塊(kuai)的(de)複(fu)雜(za)性(xing)不(bu)斷(duan)增(zeng)長(chang)，線(xian)性(xing)穩(wen)壓(ya)器(qi)已(yi)不(bu)能(neng)滿(man)足(zu)高(gao)能(neng)效(xiao)的(de)需(xu)求(qiu)，演(yan)變(bian)出(chu)將(jiang)線(xian)性(xing)穩(wen)壓(ya)器(qi)和(he)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)並(bing)聯(lian)的(de)混(hun)合(he)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)，典(dian)型(xing)用(yong)於(yu)ADAS係統和啟停係統，以及開關電源典型用於駕駛信息係統
，乃至仍受討論但可進一步提升燃油能效的48 V 架構/係統，實現無論在小功率還是大功率應用中都盡可能地提升能效
、降低能耗，符合政府的環境法規和安全標準，滿足汽車消費者對燃油經濟性的要求。



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