電池知識
鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
電池知識
鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
隨著汽車不斷新增的電子設備，電子控制模塊設計人員面對的一個重大挑戰是：要怎么樣在有限的功率預算前提下提高產品性能。現如今的汽車包括眾多的電子系統，例如：立體聲和信息娛樂系統、雨刷控制、車燈驅動系統以及氣囊等安全設施。這些系統需求都依靠于汽車電池供電，設計人員非得盡可能降低每個電子系統的功耗，特別是在汽車熄火以及汽車停放在停車場之后。
汽車發動機封閉后，電池一般依然要為多個系統的運轉供電。為了降低這種情況下的功耗，電源管理模塊引入了幾個省電模式：關斷微解決器時鐘、通過使能輸入關斷轉換器電路，這是兩個最常見的例子。然而，有些器件和功能例如：遙控門禁系統(PKE)和安全系統應該始終保持工作狀態，無論電源來自發電機還是電池，圖1所示為典型的氣囊電源模塊。
本文解析的參考設計利用MAX15006/MAX15007線性穩壓器降低汽車氣囊的靜態電流。除了超低靜態電流，這些器件還能夠承受高達45V的拋負載，非常適合惡劣的汽車工作環境。另外，它們還具有低壓差、寬輸入電壓范圍、熱保護和短路保護、使能輸入等功能，是汽車氣囊供電模塊的理想選擇。
圖1.典型的汽車氣囊電源模塊
輔助約束系統(SRS)的操作
氣囊系統或輔助約束系統(SRS)結合座椅安全帶，能夠為前排乘客供應額外的保護，作為電子控制的機械運轉系統，SRS工作原理如下：除非發生意外事故，否則的話，系統應當處于乘客的視線以外，安裝在汽車上的碰撞和安全監測傳感器用于判斷意外事故的發生。當撞擊的力量足夠大時，這些傳感器靠近它們的觸點，啟動相應的電路并對氣囊充氣。沒有激活該系統時，氣囊診斷監控器對系統進行監測，安裝在儀表盤上的指示燈提示系統就緒。
由于診斷監控器始終保持工作狀態，供電器件非得具有非常低的靜態電流。另外，發生碰撞時，交流電機端子可能脫離與電池端的連接，發生拋負載。汽車環境下，即使在正常工作狀態下也有可能出現較大的電池電壓變化范圍。
MAX15006/MAX15007具有多項優點例如：超低靜態電流、寬輸入電壓范圍、高達45V的拋負載保護非常適合汽車氣囊的電源模塊。能夠支持最大電流為50mA的絕大多數使用，無需任何外部器件。而有些情況下，氣囊監測系統要的總電流超過100mA；檢查氣囊開啟裝置的就緒狀態時，所需電流不超過200mA。基于這一考慮，我們要提高MAX15006/MAX15007的輸出電流，利用一個外部調整管實現。
提高穩壓器的輸出電流
氣囊開啟電路工作時的最小電流為1.2A.。氣囊啟動電路由開關調節器(降壓或升壓轉換器)和線性穩壓器供電。而監控系統(傳感器、ADC、啟動裝置就緒測試等)要的電源電流約莫為150mA，超出了線性穩壓器(MAX15006/MAX15007)的供電能力范圍。
利用外部調整管能夠擴充線性穩壓器的電流驅動能力。為了提高線性穩壓器的輸出電流，按照下圖(圖2)所示將調整管連接到輸入和輸出之間sup1，該電路將輸出電流提高到150mA。
圖2.該電路在MAX15007的外部新增了一個調整管，為氣囊監測系統供應足夠的輸出電流。
R1選擇1、R3選擇2.2電阻，以保證功耗最小。另外，R1取值小于1時可能增大PNP晶體管的熱耗。開始工作時，沒有電流輸出，外部調整管也不通過任何電流。隨著工作電流的逐漸新增，它將通過二極管萌生約莫0.6V的壓降，使二極管開始導通。二極管的導通電壓為基極-發射極之間供應足夠的壓差，使PNP晶體管也進入導通狀態，由此供應負載所需額外電流。R2的作用是補償小電流設置下二極管較高的動態電阻。當負載電流小于25mA時，外部調整管斷開。改變電阻值可以提高對該電路的供電電流。
合理選擇輸出電容保證系統穩定
由于該電路連接了外部晶體管，使用數據資料中規定的2.2F輸出電容時輸出電壓會不穩定，因為晶體管增大了穩壓器的gM，這將導致單位增益帶寬的提升，萌生提升的原由是：
單位增益帶寬propgM
為了保持與穩定狀況相同的單位增益帶寬，輸出電容要依據gM的新增量相應增大。gM的新增量可通過測量附加電路的電流增益獲得。
外部電路的電流增益可用小信號近似電路(圖3)進行計算。
圖3.非得通過計算外部電路的電流增益決定輸出電容的大小
假定DeltaI是沒有外部調整管時穩壓器負載電流的變化量。連接外部調整管后，流過PNP調整管的電流變化量為KDeltaI。因此，由于外部調整管的存在，負載電流總的變化量為DeltaI+KDeltaI，即：(1+K)DeltaI。所以，gM新增了(1+K)倍，那么，為了保證相同的單位增益帶寬，輸出電容也應當新增(1+K)倍。
在我們的電路中，K值可通過下式計算：
公式1
考慮到寄生效應的影響，所要求的電容值是數據資料規定的最小值的5.45倍。據此，在輸出端連接了一個12.2F的電容，確保系統在增添外部晶體管后保持穩定。
圖4和圖5分別給出了通過外部調整管為負載供應的150mA固定電流和150mA瞬變電流的情況，通道1表示輸出電壓，通道4表示外部調整管供應的電流，通道2表示1負載串聯電阻的電壓，也體現了總負載電流的大小。所以，總的負載電流為150mA，109mA由外部調整管供應，其余41mA由穩壓器IC供應。
圖4.圖3電路的工作性能，輸出固定的150mA負載電流
通道1：輸出電壓
通道2：負載電流正比于1負載串聯電阻的電壓
通道4：通過外部調整管供應的電流
圖5.圖3電路的工作性能，負載瞬變電流為150mA
通道1：輸出電壓
通道2：負載電流正比于1負載串聯電阻的電壓
通道4：通過外部調整管供應的電流
結論
通過將汽車使用的多種需求集成到單片IC，MAX15006/MAX15007可筆直用于目前的汽車設計，使汽車電子工程師的工作變得輕松。本文供應的參考設計只需極少的外部電路，所使用的IC可以滿足更高的負載電流需求，從而拓寬了它們的使用范疇。
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