高開(kāi)關(guān)頻率和高電壓能力的結(jié)合在 IC 設(shè)計(jì)中很難實(shí)現(xiàn)。然而，如果您能夠保護(hù)汽車電源免受臨時(shí)高壓條件的影響，您就可以設(shè)計(jì)出以高頻運(yùn)行的汽車電源。隨著越來(lái)越多的電子功能集成到現(xiàn)代汽車中，高頻操作變得越來(lái)越重要。本文討論了保護(hù)低壓電子電路免受汽車電氣環(huán)境惡劣影響的幾種方法。還包括抗噪聲實(shí)驗(yàn)室測(cè)試結(jié)果。
　　簡(jiǎn)介
　　汽車中電子器件密度的不斷增加給電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員帶來(lái)了獨(dú)特的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。大多數(shù)汽車模塊需要低電壓，例如 5V 或 3.3V，但使用線性穩(wěn)壓器來(lái)降低電池電壓會(huì)消耗相當(dāng)大的功率。過(guò)多的功耗使得熱管理變得困難且昂貴。因此，更快的處理器和 ASIC 不斷增長(zhǎng)的功率要求已將的功率轉(zhuǎn)換方法從簡(jiǎn)單、低成本但低效的線性調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向更復(fù)雜但高效的開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器。
　　開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點(diǎn)
　　在較高的開(kāi)關(guān)頻率下，諸如功率電感器和功率電容器之類的無(wú)源元件在物理上可以更小，因此開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器的尺寸取決于開(kāi)關(guān)頻率。通過(guò)降低功耗，高效轉(zhuǎn)換器還消除了笨重且昂貴的散熱器。因此，使用開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器可以縮小電源的整體尺寸。這些優(yōu)點(diǎn)使開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器成為汽車應(yīng)用（例如車身電子、信息娛樂(lè)系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊）中電源管理越來(lái)越有吸引力的選擇。
　　選擇開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器的注意事項(xiàng)
　　開(kāi)關(guān)頻率的選擇至關(guān)重要，因?yàn)殚_(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器會(huì)帶來(lái)一系列問(wèn)題。其基本開(kāi)關(guān)頻率和高次諧波產(chǎn)生的電磁噪聲可能會(huì)干擾其他電子設(shè)備。例如，AM 無(wú)線電接收器對(duì) 530kHz 至 1710kHz 范圍內(nèi)的干擾很敏感。因此，大于 1710kHz 的開(kāi)關(guān)頻率可以消除 AM 頻段的基波和諧波干擾。測(cè)試數(shù)據(jù)將表明，與簡(jiǎn)單保護(hù)器一起使用的中等電壓、高頻工藝（如 Maxim 器件）是滿足汽車電源管理需求的出色解決方案。終，很明顯，設(shè)計(jì)人員不再需要高壓控制器來(lái)設(shè)計(jì)這些開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器。
　　高頻開(kāi)關(guān)也會(huì)增加功率損耗，這部分抵消了使用開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器的優(yōu)勢(shì)。由于開(kāi)關(guān)損耗與工作電壓的平方成正比，因此輸入電壓較高時(shí)開(kāi)關(guān)損耗會(huì)更差。不幸的是，典型的汽車電源控制器 IC 需要高壓工藝（40V 或更高）來(lái)承受負(fù)載突降和其他過(guò)壓瞬變。高壓工藝采用更大的幾何形狀、更厚的柵極和更長(zhǎng)的溝道長(zhǎng)度，從而產(chǎn)生更長(zhǎng)的傳播延遲。這些固有的緩慢過(guò)程也變得低效，因?yàn)殚_(kāi)關(guān)中較長(zhǎng)的上升/下降時(shí)間會(huì)導(dǎo)致更高的轉(zhuǎn)換損耗。
　　Maxim 設(shè)計(jì)人員可以使用的先進(jìn)工藝適用于在中等電壓水平下運(yùn)行的極高速轉(zhuǎn)換器。例如，雙輸出2.2MHz降壓-升壓轉(zhuǎn)換器(MAX5073)可承受高達(dá)23V的輸入電壓。該轉(zhuǎn)換器的異相運(yùn)行使其能夠?qū)崿F(xiàn) 4.4MHz 的有效開(kāi)關(guān)頻率。
　　考慮到開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器應(yīng)該不受電源干擾，您可能會(huì)問(wèn)：“汽車應(yīng)用真的需要具有高壓功能的 IC 嗎？” 以下討論通過(guò)描述汽車電源系統(tǒng)常見(jiàn)的干擾以及保護(hù)低壓電子系統(tǒng)免受這些干擾的方法來(lái)回答這個(gè)問(wèn)題。
　　瞬態(tài) OV 條件
　　在汽車中，大多數(shù)瞬態(tài) OV 條件是由開(kāi)關(guān)感性負(fù)載引起的。此類負(fù)載包括起動(dòng)電機(jī)、燃油泵、車窗電機(jī)、繼電器線圈、螺線管、點(diǎn)火組件和分布式電路電感。中斷任何這些感性負(fù)載中的電流都會(huì)產(chǎn)生 OV 脈沖。根據(jù)所涉及的幅度和持續(xù)時(shí)間，可以使用濾波器、金屬氧化物壓敏電阻 (MOV) 或瞬態(tài)電壓抑制器來(lái)抑制此類 OV 瞬態(tài)。圖 1 至圖 4 說(shuō)明了基于 ISO7637 標(biāo)準(zhǔn)的抑制要求。