車載導航設計之電源演示文稿

車載導航設計之電源演示文稿當前第1頁\共有28頁\編于星期六\18點優(yōu)選車載導航設計之電源Ppt當前第2頁\共有28頁\編于星期六\18點車載導航設計之電源一、概述二、汽車電源的特點三、電源輸入部分電路分析四、輸入電壓欠壓保護電路分析五、線性穩(wěn)壓電源六、降壓型開關穩(wěn)壓電源七、升壓型開關穩(wěn)壓電源當前第3頁\共有28頁\編于星期六\18點一、概述我們都知道車載導航應用場合比較特殊、車廠對車載電子產品的質量要求較高、此次交流將針對車機產品的特殊要求，結合公司目前的設計，講解車載導航電源的設計要求，電路的工作原理，關鍵器件的參數(shù)選擇，LAYOUT原則以及調試注意事項。當前第4頁\共有28頁\編于星期六\18點二、汽車電源的特點1.正常工作電壓波動范圍大，工作電壓：9~16V2.汽車上設備的啟動、停止等狀態(tài)時，造成較高的尖峰脈沖，詳見車廠相關標準3.汽車長時間停放在室外，溫度變化范圍較寬，儲存溫度：-40~+85度，工作溫度：-30~+70度4.安裝防呆要求（電源反接、輸出電源碰地短路等）5.較高的EMI要求（傳導、輻射）6.較低的待機功耗要求7.工作時振動等級高當前第5頁\共有28頁\編于星期六\18點三、電源輸入部分電路分析1.功能電源防反接保護瞬態(tài)脈沖抑制（輸入過壓保護）

傳導騷擾抑制抗啟動干擾輸入電源濾波當前第6頁\共有28頁\編于星期六\18點2.設計注意事項保險絲：注意熔斷閥值電流大于機器最大工作電流，如果采用自恢復保險絲，還需考慮其穩(wěn)度特性及耐壓。

TVS管：根據(jù)車廠CI要求的等級，選擇合適功率的TVS管，同時注意其閥值電壓不能超過后面其它器件的耐壓

二級管：考慮后級電路工作電流

電感：考慮電感量及額定電流，注意磁環(huán)的材質，目前已知的非晶電感不能通過實驗室疊加交流電測試。

電容：耐壓、容量、工作溫度及電容的等效串聯(lián)電阻（直接影響到傳導騷擾的性能）

當前第7頁\共有28頁\編于星期六\18點3.LAYOUT注意事項

自恢復保險絲盡量遠離熱源

電源輸入經過保險絲后首先經過TVS管

電源走線需遵循流經電容原則

電源走線需考慮電流需求，在條件容許的條件下盡可能加寬

插件器件焊盤做熱焊盤設計，元件反面焊盤離反面貼片器件≥4MM，以方便產線波峰焊

4.生產工藝要求：

大體積器件（電感、電容）注意打膠固定當前第8頁\共有28頁\編于星期六\18點四、輸入電壓欠壓保護電路分析1.功能

保證不消耗掉汽車點火電壓降低異常電壓造成系統(tǒng)重啟的概率保證部分器件在異常電壓狀態(tài)后能自動重置。當前第9頁\共有28頁\編于星期六\18點2.設計注意事項

電阻：采樣盡量選用精密電阻，以保證誤差不會太大，如果是在常電上取樣，還需考慮待機功耗和驅動電流是否符合要求。

三端子穩(wěn)壓：注意陰極最小工作電流，另外需注意其鉗位電壓（當輸入電壓Ui≥2.5V時，輸出U。=2V;Ui<2.5V時，輸出U。=Ui）

三極管：注意三級管的溫度特性（高溫導通閥值降低），設計時需留夠充足的余量。IMP809：電壓低到一定狀態(tài)下，芯片不在工作，這個時候的狀態(tài)維持由輸出外圍電阻保持。當前第10頁\共有28頁\編于星期六\18點五、線性穩(wěn)壓電源1.線性穩(wěn)壓電源的特點

優(yōu)點：成本低、輸出紋波小、瞬態(tài)響應特性好，無EMI（電磁干擾）問題，外圍器件少，PCB面積小。

缺點：效率低、功耗大

應用場合：低壓差、輕負載，對紋波要求較高的場合。當前第11頁\共有28頁\編于星期六\18點1.線性穩(wěn)壓電源工作原理通過負反饋調整MOS（三極管）的壓降以使輸出電壓不變。取樣電壓加在比較放大器的同向輸入端，與加在反向輸入的基準電源相比較，兩者的差值經放大后，控制串聯(lián)調整管的壓降，從而穩(wěn)定輸出電壓。當輸出電壓Uout降低時，基準電壓與取樣電壓的差值增加，比較放大器輸出的驅動電壓增加，串聯(lián)調整管壓降減小，從而使輸出電壓升高。相反，若輸出電壓Uout超過所需要的設定值，比較放大器輸出的驅動電壓減小，從而使輸出電壓降低。當前第12頁\共有28頁\編于星期六\18點2.線性穩(wěn)壓電源應用傳統(tǒng)型線性穩(wěn)壓電源：達林頓管低壓差線性穩(wěn)壓電源（LDO）：PNP、PMOS、NMOS當前第13頁\共有28頁\編于星期六\18點3.線性穩(wěn)壓電源設計注意事項穩(wěn)壓芯片：

輸入電壓---不能超過芯片的最大輸入電壓，滿足芯片最小壓差要求

芯片的耗散功率---W=(Vi-Vo)*I，此值不能大于芯片的額定耗散功耗。

芯片的溫度特性---Tcmax＜Tj-P*Rjc，保證車機在高溫環(huán)境下結溫不超標，且需考慮一定余量

芯片的靜態(tài)功耗---有些線性穩(wěn)壓電源在機器休眠時還要工作，此時就要注意這項參數(shù)了。例如78M05在12V供電不帶任何負載時輸入電流大概有3.5MA左右反饋電阻：

為保證輸出電壓精度，建議盡量選用1%精度的電阻，電阻的取值考慮靜態(tài)功耗。輸出電容：

部分LDO對輸出電容的ESR要求較高，如AP1117當前第14頁\共有28頁\編于星期六\18點六、降壓型開關穩(wěn)壓電源1.降壓開關穩(wěn)壓電源的特點

優(yōu)點：高轉換效率、高輸出電流、低靜態(tài)電流、寬輸入電壓范圍。缺點：相對成本較高、輸出紋波大、EMI性能較差，占PCB面積較大。

應用場合：高壓差、大電流，對紋波要求不高的場合。當前第15頁\共有28頁\編于星期六\18點2.工作原理在開關S導通時，輸入電源跟負載供電的同時，向L、C儲能，在開關S斷開時由L、C釋放能量給負載供電Buck電路

（降壓斬波電路）關鍵器件的特性電感：流經電感的電流不能突變，感量越大電流增加越慢。電感的電磁轉換與磁儲能。電容：電容兩端的電壓不能突變，容量越大變化越小當前第16頁\共有28頁\編于星期六\18點3.降壓開關電源應用4.電源的工作模式CCM、BCM、DCM：

CCM：ContinousConductionMode連續(xù)導通模式

BCM：BoundaryConductionMode臨界導通模式

DCM：DiscontinousConducionMode斷續(xù)導通模式

當前第17頁\共有28頁\編于星期六\18點CCM特點：電流尖峰較小，同等電容的狀態(tài)下輸出紋波紋波小。同時對開關管的耐電流能力要求較低。DCM特點：瞬態(tài)響應快，負載電流或輸入電壓突變引起的輸出電壓尖峰更低，由于整流管是0電流關斷，所以尖峰電壓更小，損耗更低。CCM：IL＞ΔIL/2BCM：IL=ΔIL/2DCM：IL＜ΔIL/2當前第18頁\共有28頁\編于星期六\18點L:最小電感量，單位H

VIN(MAX):最大輸入電壓，單位V

VOUT(MAX):最大輸出電壓，單位V

ΔIL:

電感紋波電流峰峰值，單位A。一般情況下，ΔIL可以選擇在20%*IOUT_max到30%*IOUT_max范圍內。

FOSC:開關頻率，單位Hz5.關鍵器件的選型及注意事項開關儲能電感：利用“電感的電磁特性”實現(xiàn)儲能，利用“電感電流不能突變”的原則實現(xiàn)濾波，電感在BUCK電路中應用時需特別關注“電感量”、“額定電流”，它們的取值原則如下。

電感量的取值：取值過大影響瞬態(tài)響應速度，過小會導致輸出紋波偏大，考慮到電感的誤差及額定電流下降幅的影響，電感取值一般取稍大于計算值的一個常規(guī)電感，具體的計算公式如下：當前第19頁\共有28頁\編于星期六\18點開關電感的額定電流：一般情況下，所選用的電感飽和電流的最小值應為電感峰值電流的1.25~1.5倍，峰值電流的計算公式如下：

電感的耗散功率（其中DCR為電感的直流電阻）：輸入濾波電容：抑制開關電路工作時造成的紋波，使開關電路工作穩(wěn)定，同時避免干擾信號串入電源。電容的選型主要需考慮電容的容量及有效紋波電流?；诖藘身椏紤]，輸入電容一般選低ESR的陶瓷電容或者是多個電容并聯(lián)以降低ESR。當前第20頁\共有28頁\編于星期六\18點輸入電容容量的選擇：

CIN(MIN):最小電容量，單位F

VPP:紋波電壓，單位V

IO:輸出電流，單位A

ESR:電容的等效串聯(lián)電阻，單位Ω

fs:開關頻率，單位HZ

輸入電容的有效紋波電流選擇（電容的紋波電流取值需大于電路紋波電流的30%）：當VOUT=VIN/2時，為最嚴酷的條件，此時的公式IRMS=IOUT/2，我們一般按此公式取值。當前第21頁\共有28頁\編于星期六\18點輸出電容容量的選擇：

COUT:輸出最小容量，單位F

ΔILOAD:瞬態(tài)負載電流，單位A

VDROOP:瞬態(tài)塌陷電壓，單位V

fs:開關頻率，單位HZ

輸入電容的ESR選擇（ΔVO為輸出紋波電壓）：輸出紋波的計算當前第22頁\共有28頁\編于星期六\18點續(xù)流二極管的選擇：在開關關斷期間為儲能電感提供能量釋放通道，考慮到開關電源的轉換效率，一般選擇肖特基二極管。由于電感電流不能突變的特性，二級管的有效電流、峰值電流與電感電流一致，考慮系統(tǒng)的可靠性，一般以IO*2的電流值選對應的二級管，同時需考慮二級管的耗散功率是否滿足高溫環(huán)境下正常工作：TJ＞VF*IO*Rja+TA

開關芯片的選擇：輸入電壓范圍，輸出電流，開關頻率，轉換效率需滿足電路需求。另外需注意芯片的損耗，BUCK電路芯片的損耗主要來自MOS管導通損耗、開關損耗及場效應管的柵極損耗等，以下為TPS54331芯片功耗及結溫的計算公式：

當前第23頁\共有28頁\編于星期六\18點當前第24頁\共有28頁\編于星期六\18點6.BUCK穩(wěn)壓電源LAYOUT輸入電容緊靠芯片管腳，續(xù)流二級管

、儲能電感緊靠芯片管腳放置，避免開關節(jié)點走線太長造成干擾及損耗，輸出電容緊靠芯片放置，最終使輸入電容的地線、芯片的地、續(xù)流二級管的地、輸出電容的地在表層回路最短。取樣部分電路盡量遠離開關節(jié)點及電感。大電流的走線加粗，許多電源芯片的散熱是通過地線管腳散熱，注意靠近其地線的管腳外多打過孔。另外車廠要求較高，建議預留屏蔽罩安裝位置。電壓反饋部分器件的選擇：穩(wěn)定輸出電壓的作用，有些應用還會增加“前饋電容”，目的是為了優(yōu)化瞬態(tài)響應。反饋電阻選用精度1%的電阻，保證輸出精度不超過計算值的2%，電阻取值在某些應用時取值不宜過小，以保證低靜態(tài)電流。BUCK的電壓輸出公式如下：

當前第25頁\共有28頁\編于星期六\18點七、升壓型開關穩(wěn)壓電源1.工作原理在開關S導通時，二級管D截止，負載供電由電容提供，同時電感完成儲能，當開關S斷開時，電感上的能量通過二級管向電容及負載釋放。BOOST電路

（升壓開關電路）BOOST電路特點如果工作在CCM模式，電感上始終有電流，相對來說對輸入的電源干擾較小。另外也具備高效率、小體積，輸出紋波大，EMI輻射大的特點。當前第26頁\共有28頁\編于星期六\18點2.BOOST電路（升壓開關電路）應用3.關鍵器件的選型：

電源反饋部分器件的選擇：穩(wěn)定輸出電壓/電流，過壓保護。反饋電阻選用精度1%的電阻，以保證相應電壓/電流精度。電阻取值在某些應用時取值不宜過小，以保證低靜態(tài)電流。當前第27頁\共有28頁\編于星期六\18點儲能電感的感量選擇：開關儲能電感的占空比：

D=(VOUT+VD-VIN)/(VOUT+VD)

VD:二極管導通壓降電感量選擇：

VLON＝VIN－VSW≈VIN

VLOFF＝VOUT＋VD－VIN