汽車(chē)制造商長(zhǎng)期以來(lái)利用電子設(shè)備來(lái)增強(qiáng)其車(chē)輛。分析師Databeans報(bào)告說(shuō)，近年來(lái)車(chē)輛中的半導(dǎo)體內(nèi)容一直以兩位數(shù)的速度增長(zhǎng)，現(xiàn)在已達(dá)到每輛車(chē)大約350美元。

盡管現(xiàn)代汽車(chē)是一個(gè)充滿挑戰(zhàn)的環(huán)境，但電子內(nèi)容的增加仍然存在。硅。此外，除了正常運(yùn)行的熱量，振動(dòng)和污垢之外，駕駛員還希望車(chē)輛的發(fā)動(dòng)機(jī)管理單元和照明能夠恢復(fù)生機(jī)，即使車(chē)輛的電源與內(nèi)燃機(jī)的啟動(dòng)要求相悖（“冷啟動(dòng)” “）。除了由電池供電的任何安全系統(tǒng)之外，駕駛員認(rèn)為這是理所當(dāng)然的，但是必須準(zhǔn)備好在點(diǎn)火鑰匙被轉(zhuǎn)動(dòng)或按下啟動(dòng)按鈕的瞬間工作。

問(wèn)題是在寒冷的溫度下成倍增加諸如增加內(nèi)部電池電阻和發(fā)動(dòng)機(jī)粘性潤(rùn)滑劑的額外起動(dòng)負(fù)載等因素。更糟糕的是，許多現(xiàn)代汽車(chē)需要比舊式汽車(chē)更頻繁的冷啟動(dòng)，因?yàn)槊看纹?chē)停止時(shí)，它們的發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)自動(dòng)停止作為經(jīng)濟(jì)措施。

本文探討了冷啟動(dòng)過(guò)程中對(duì)電子設(shè)備的要求。了解一些主要芯片供應(yīng)商如何利用其最新產(chǎn)品應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)。

冷啟動(dòng)的要求

傳統(tǒng)汽車(chē)中的標(biāo)準(zhǔn)電源通常是由六個(gè)構(gòu)造的鉛酸電池2.1 V串聯(lián)電池，提供12 V標(biāo)稱電壓（實(shí)際為12.6 V）。在正常運(yùn)行中，車(chē)輛的電池電壓通常在9到16 V之間變化。1

在冷啟動(dòng)期間電壓的變化甚至更大。冷啟動(dòng)描述了從寒冷條件（或至少在低于正常運(yùn)行條件的溫度下）啟動(dòng)車(chē)輛發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)作。在冷啟動(dòng)期間，電池是旋轉(zhuǎn)啟動(dòng)馬達(dá)的唯一動(dòng)力源，其反過(guò)來(lái)使發(fā)動(dòng)機(jī)逆著氣缸壓縮，摩擦和粘性潤(rùn)滑劑的阻力旋轉(zhuǎn)。發(fā)動(dòng)機(jī)在點(diǎn)火之前需要達(dá)到80到200 rpm之間。

冷啟動(dòng)安培（CCA）定義了電池在0°F（-18°C）時(shí)可以提供的電流。額定值指定為當(dāng)前鉛酸電池在該溫度下可以提供30秒，同時(shí)每個(gè)電池保持至少1.2 V（12 V電池為7.2 V）。新的充滿電的鉛酸電池的典型值在400到500A的范圍內(nèi)。電池的CCA取決于諸如充電狀態(tài)，年齡和充電周期數(shù)等因素。沒(méi)有傳統(tǒng)的汽車(chē)電池可以立即達(dá)到其額定CCA。事情需要一些時(shí)間來(lái)熱身。圖1顯示了冷啟動(dòng)下的典型電池配置文件。

圖1：冷啟動(dòng)下的汽車(chē)電池電壓曲線（由德州儀器公司提供）。

在幾毫秒內(nèi)，電池電壓可降至3 V左右，并保持15 ms左右?；謴?fù)到6 V非?？?，但是電壓升高到標(biāo)稱輸出可能需要多達(dá)20秒。2傳統(tǒng)上，鉛酸電池為啟動(dòng)，點(diǎn)亮和點(diǎn)火（SLI）供電車(chē)輛的系統(tǒng)（該設(shè)備有時(shí)被稱為“SLI”電池）。一旦發(fā)動(dòng)機(jī)嘀嗒一聲，交流發(fā)電機(jī)供電在13.8和14.4 V之間，為其他車(chē)輛系統(tǒng)供電，并為電池充電。但是，現(xiàn)代汽車(chē)越來(lái)越依賴電池為導(dǎo)航系統(tǒng)，娛樂(lè)等項(xiàng)目提供電力屏幕和儀表板即使在發(fā)動(dòng)機(jī)停止時(shí)也是如此（圖2）。車(chē)輛乘員然后期望這些系統(tǒng)在冷啟動(dòng)期間繼續(xù)運(yùn)行，特別是在汽車(chē)中，其發(fā)動(dòng)機(jī)在城市駕駛期間作為經(jīng)濟(jì)措施自動(dòng)停止，然后在駕駛員踩下油門(mén)踏板時(shí)重新啟動(dòng)。

圖2：即使發(fā)動(dòng)機(jī)停止，駕駛員也希望儀表板保持亮起狀態(tài)制造汽車(chē)級(jí)別

車(chē)輛中使用的半導(dǎo)體，特別是DC/DC電壓轉(zhuǎn)換器（“穩(wěn)壓器”）等功率芯片，必須設(shè)計(jì)成能夠承受冷啟動(dòng)典型的寬電壓輸入變化，并且受到極端影響溫度范圍，振動(dòng)和污垢。幸運(yùn)的是，主要的芯片供應(yīng)商意識(shí)到汽車(chē)行業(yè)可以產(chǎn)生的大批量訂單，提供了一系列專門(mén)針對(duì)該市場(chǎng)的產(chǎn)品。

這些產(chǎn)品中的許多都符合AEC-Q100，這是一套由AEC-Q100定義的可靠性壓力測(cè)試。汽車(chē)電子委員會(huì)的目的是為汽車(chē)應(yīng)用IC提供資格。

產(chǎn)品從4級(jí)到0級(jí)分為四類：機(jī)械應(yīng)力（熱和壓力測(cè)試），電壓偏置應(yīng)力，晶須生長(zhǎng)評(píng)估和功率循環(huán)。某些制造商，例如凌力爾特公司，進(jìn)行額外的器件級(jí)和封裝級(jí)壓力測(cè)試。該公司表示，它的汽車(chē)級(jí)元件還要經(jīng)受液 - 液熱沖擊，瞬間焊接沖擊和100％氧化應(yīng)力測(cè)試。3

凌力爾特提供的組件包括LT3507，三通道降壓穩(wěn)壓器采用38引腳，5 x 7 mm QFN封裝。一個(gè)通道能夠提供高達(dá)2.4 A的輸出電流，而另外兩個(gè)可提供1.5 A的電流。該公司表示，該器件的4至36 V寬輸入范圍使其成為調(diào)節(jié)各種電源（包括汽車(chē)）電源的理想選擇。電池。在車(chē)輛應(yīng)用中，該公司稱LT3507的最小輸入電壓為4 V，使其能夠在冷啟動(dòng)條件下工作。

德州儀器（TI）提供大量汽車(chē)級(jí)功率芯片。該公司的典型產(chǎn)品系列是LM5088（圖3）。該器件是一種非同步，降壓（“降壓”）開(kāi)關(guān)電壓調(diào)節(jié)器。該公司稱該器件是AEC-Q100 1級(jí)合格的汽車(chē)級(jí)產(chǎn)品，具有-40°至+ 125°C的工作結(jié)溫。

圖3：TI的LM5088是AEC -Q100 1級(jí)合格。

LM5088的輸入電壓范圍為4.5至75 V，可提供8.3至13 V.該公司表示，使用仿真控制斜坡可降低脈沖寬度調(diào)制（PWM）的噪聲靈敏度電路，可以可靠地控制高輸入/低輸出電壓應(yīng)用中所需的非常小的占空比。 LM5088開(kāi)關(guān)頻率可在50 kHz至1 MHz范圍內(nèi)編程。通過(guò)在輸入端使用橋式整流器和高價(jià)值鋁電解電容器，當(dāng)輸入電壓降至4.5 V以下時(shí)，在冷啟動(dòng)操作的短時(shí)間內(nèi)可確保連續(xù)工作。

同樣，意法半導(dǎo)體提供一系列AEC -Q100-“Q Automotive”系列中的合格元件。 A5973D是一款開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器，最小開(kāi)關(guān)電流限制為2.25 A，因此可根據(jù)應(yīng)用條件向負(fù)載提供最多2個(gè)ADC。輸出電壓可設(shè)置為1.235至35 V.內(nèi)部振蕩器將開(kāi)關(guān)頻率固定為250 kHz。該公司表示，A5973D的最小輸入電壓為4 V（最大36 V），適用于即使在冷啟動(dòng)期間也需要工作的汽車(chē)應(yīng)用。

低輸入電壓容限

現(xiàn)代的獨(dú)特工作條件車(chē)輛為增加的硅量提供了具有挑戰(zhàn)性的環(huán)境。電壓變化，特別是在冷啟動(dòng)下，對(duì)于敏感芯片來(lái)說(shuō)是一個(gè)特別棘手的問(wèn)題。

開(kāi)關(guān)電壓轉(zhuǎn)換器的主要制造商已經(jīng)通過(guò)引入一系列功率芯片來(lái)緩解這個(gè)問(wèn)題，這些芯片能夠在很寬的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)電源規(guī)格。輸入電壓特別是，這些器件即使在鉛酸電池提供的低輸入電壓下也能夠繼續(xù)令人滿意的操作，以應(yīng)對(duì)啟動(dòng)冷發(fā)動(dòng)機(jī)的壓力。