上期回顧:汽車電子中,“識破”開關(guān)頻率的凡爾賽文學 (上)
本期內(nèi)容上一期小課堂中,我們分析了不同的開關(guān)頻率:FS1(2MHz),F(xiàn)S2(100kHz),F(xiàn)S3(500kHz),它們所關(guān)聯(lián)的電氣特性和芯片設定頻率的注意點 (點擊直達上一期小課堂)。
除此之外,我們還留了一個關(guān)于開關(guān)頻率選擇的“伏筆”,也就是為什么在汽車電子的設計中,為什么我們是從300kHz以下,300kHz-530kHz,或是1.8MHz以上這三個頻率中挑選出的FS1,F(xiàn)S2和FS3。
本期小課堂,我們來到了第三季電源小課堂的最后一課,將結(jié)合具體的車載應用,來幫忙大家“識破”FS1,F(xiàn)S2和FS3的“凡言凡語”。
觀看視頻 視頻文字部分說到車載應用中的DCDC,讓大家提及最多的,想必也是困惑大家最多的EMI問題。對于EMI而言,開關(guān)頻率的選擇也顯得尤為重要,因此上一期中的“伏筆”就在此刻得以揭曉,如下是一張CISPR25 Class 3 CE的限值標準圖,從中可以發(fā)現(xiàn)限值線是分段斷續(xù)的,我們選擇的FS1,F(xiàn)S2,F(xiàn)S3就落在這三個斷續(xù)區(qū)域內(nèi)。
那清晰了三個頻率的由來,接下來就是在不同的應用中,對三個頻率做出正確的評價,選對所需要的開關(guān)頻率。這一期將舉三個應用實例來進行分析,分別是車載傳感器,車載移動設備充電,和自動駕駛控制器。
1. 車載傳感器:攝像頭
相關(guān)要點:外圍器件尺寸
這類產(chǎn)品一直以來都是追求小型化的設計,必然需要更小的電感電容等外圍器件,對于開關(guān)電源來說,要做的就是把開關(guān)頻率推向高頻,從而降低外圍器件尺寸。FS1(2MHz)在這里可以發(fā)揮其長處,同時也不用擔心2MHz會引起嚴重的發(fā)熱和EMI問題,因為攝像頭的功耗不大,對于12V 輸入來說,電流一般只有100-200mA,所以對于DCDC而言,其導通損耗較小。所以,即使抬高開關(guān)頻率增加的開關(guān)損耗也不會使得電源整體產(chǎn)生較高的溫升,同時,攝像頭模組整體的功耗不大,而且電源一般也是集成度很高的PMIC方案,優(yōu)化了高頻di/dt環(huán)路,EMI性能相對來說更加友好些。
選用FS1(2MHz)在保證了小體積的同時,又有著不錯的效率和良好的EMI表現(xiàn)!
2. 車載移動充電設備:車載USB充電
相關(guān)要點:開關(guān)損耗&芯片溫升
這類產(chǎn)品從原先的單口Type-A更新迭代到雙口Type-A,再到后來的雙口Type-C,以及目前的Type-C PD。其同樣對于PCB板有著一定的尺寸要求,雖不像攝像頭模組那般,但通常產(chǎn)品控制在50mm*50mm左右。
如果說PCB板的大小也局限了布局和器件尺寸,那我們直接選擇FS1(2MHz)實現(xiàn)產(chǎn)品的小型化就好了?以雙口Type-C為例,每個充電口可達到5V@3A,即總功率達到了30W,即便考慮94%的效率,也有2W左右的熱量存在于PCB板上,并且車載環(huán)境試驗通常要考慮在85℃情況下穩(wěn)定運行。
可見,F(xiàn)S1不是最優(yōu)解。
因此,綜合考慮功耗和尺寸這兩者因素,FS3(500kHz)左右才是最合適的開關(guān)頻率選項。
3. 自動駕駛控制器:360環(huán)視ECU(Electronic Control Unit)
相關(guān)要點:芯片最小導通/關(guān)斷時間限制
此類應用,板面積相對來說沒那么緊張,相比于攝像頭模組和USB充電,具備相對充足的PCB Layout面積和散熱空間,因此對于開關(guān)頻率的選擇沒有那么苛刻。但攻城獅朋友們在設計中,還是需要將芯片本身的導通/關(guān)斷時間限制考慮在內(nèi)。
比如在商用車中,其電池系統(tǒng)是24V,最高穩(wěn)態(tài)值會達到32V,然后360環(huán)視系統(tǒng)中一般都需要3.3V的供電,那么這時壓差很大,如果頻率選擇FS1(2MHz),通過計算可以得出
再根據(jù)芯片數(shù)據(jù)手冊查詢到Minimum On Time如下所示,即觸發(fā)到了Min. On Time。所以需要選擇更低的頻率來避開觸發(fā)Min. On Time。
另外,環(huán)視系統(tǒng)中有時會提供一路8V的電源軌,作為攝像頭模組的輸入電。假設工況是乘用車12V電池系統(tǒng),往往也需要考慮輸入電壓工作范圍在9V-16V,也就是說有9V轉(zhuǎn)8V的工況,同樣假設選取FS1(2MHz),計算可得
同樣根據(jù)規(guī)格書所提供的Minimum Off time可見,最大會到70ns,所以也會觸發(fā)到Min. Off Time。
因此,針對上述兩種情況,為了保證芯片穩(wěn)定的工作在某個開關(guān)頻率下,就要結(jié)合具體的輸入輸出電壓條件,選擇最佳的開關(guān)頻率。
現(xiàn)在,針對汽車電子產(chǎn)品,大家可以識別出不同開關(guān)頻率的凡爾賽語錄了吧。不同開關(guān)頻率都各有特色,并不是一成不變的只選擇其中一種,還是要結(jié)合實際的產(chǎn)品應用來得出最合適的開關(guān)頻率,讓開關(guān)電源的性能更加穩(wěn)定,更加卓越!最后,感謝大家一直以來對MPS電源小課堂內(nèi)容的認可和喜愛。MPS將致力于呈現(xiàn)更有價值的內(nèi)容,敬請期待第四季!
END
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往期精彩回顧
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第三季第十五話:汽車電子中,識破開關(guān)頻率的凡爾賽文學(上篇)
第三季第十四話:不是所有的升壓都是Boost
第三季第十三話:別讓BOOST規(guī)格書標題誤導了你
第三季第十一話:Buck電感的計算
第三季第十話:DC-DC變換器FB分壓電阻設計
第三季第九話:合適的比例,讓效率曲線更加優(yōu)美
第三季第八話:如何讓“下電”變的干凈利落
第三季第七話:淺談 POE 握手協(xié)議
第三季第六話:細分控制 --- 雙極性步進電機如何練成“凌波微步”(下篇)
第三季第五話:細分控制 --- 雙極性步進電機如何練成“凌波微步”(上篇)
第三季第四話:聊聊功率因數(shù)校正那些事兒(下篇)
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第三季第二話:防反電路一定要用 PMOS 嗎?(下篇)
第三季第一話:防反電路一定要用 PMOS 嗎?(上篇)
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原文標題:【短視頻】MPS 電源小課堂第三季第十六話:汽車電子中,“識破”開關(guān)頻率的凡爾賽文學 - (下)
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