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本文将讨论汽车控制系统负载提供点 (POL) 调节功率所采用的技术，以及这些技术的优缺点。
历史悠久的低压降 (LDO) 稳压器是当今汽车功率等式中的中心元素，在 5V 电子设备的简化世界中，已盛行大约 15 年之久。其中的原因很多，最明显的是它们的应用简单，外部组件需要有限，噪音低和成本低，以及长期可靠和稳定。
从历史角度来看，最初的集成电压稳压器，如 78xx 系列，采用耦合到简单误差放大器控制回路的双极性 NPN 输出功率级。对于电流高达几个安培数的负载，跨越
NPN 系列通道器件的压降为 2.5V到 3V，以便维持调节性。在所谓的"冷车发动"条件下，标准 12V 铅酸电池的终端电压可能降至
6V。如果您的电子控制系统依赖于从 NPN 系列的稳压器中取得稳定的 5V 供电，这时候这些电子仪器会停止工作。在引擎管理系统情况下，它会阻止汽车启动。
美国国家半导体公司在输出中应用 PNP 双极性功率级。这种变化的优点是所谓的压降电压可能会大幅降至 1V 以下，以便即使在"冷车发动"条件下，也会提供足够的净空为
5V 电路提供动力。此外，如果精心选择输入电压，LDO 可以用作高效电压转换器。
表1 电气汇总LM2936HV/LM9076(略)
图1 LM2936HV低负载和额定静态性能(略)
"冷车发动"是影响当前 12V 单电池系统的因素。当应用到汽车环境时，考虑采用电压稳压器的任何人必须考虑当今范围更宽的供电图。假定汽车装配电路内的所有位置将标称
12V 视作 SLA 终端的供电电压，这是一个有缺陷的假设。SLA 因素也会扮演重要的角色。首先，连接到电力布线绝缘线束的任何电子设备必须考虑潜在的反向电池连接。交流发电机作为基本的感应系统，在
12V 系统中进行充电，这意味着电力绝缘线束具备瞬态脉冲电压。当今汽车中加热后窗、电气窗和加热座中的许多重型负载使这种情况变得更糟。所有这些负载主要属于电感性负载，在打开和关闭时会产生相当大的电压瞬态，在可靠的配电系统中必须考虑到这一点。基于这些原因，许多
ECU 当前包括其中一个特殊类别的汽车 LDO 稳压器。
独特的 42V LDO 解决方案
LM2936HV 是汽车 LDO 的一个示例，连续工作电压高达 60V，并且可以连续输出高达 50mA 的电流。其输出电流取决于输入到输出的电压差分、封装额定功率以及环境温度。非常独特的是，在输出电流较低时，LM2936HV能够提供超低损耗的静态性能。
表1中提供了此类型LDO的典型电参数。此外图1以图解方式说明了LM2936HV 在低负载和额定负载时的电流消耗。它高度专业化的设计结合了低额定和低负载时的静态性能，在某种程度上防止包括可调电压选项。如果外接反馈电阻不会对总的静态电流预算做出很大的贡献，则合适选择设置高精度高阻抗的输出电压的外部偏置电阻将构成主要挑战。
由于LM2936的静态电流特性与其负载电流具有线性关系，LM2936 已经广泛应用在苛刻的有待机功能的汽车应用中。它的静态性能超过前面所述的
100 A 目标。LM9076是此 LDO 的最新版本，其连续输出电流已经增加到150mA，最大可调节的输入电压高达 52V。这明显降低了
42V Powernet 所述目标电压封套。
图2 (略)
图3 LM5xxx改进型滞后稳压器(略)
现在，让我们考虑转换到 42V 系统时所代表的两个竞争性的需要。一方面，标称终端电压的提高简化了装配电路，减少重量和成本。另一方面，终端电压的增加会对电子仪器产生影响。半导体工艺技术已倾向于减小数字世界中的几何结构，以满足降低供电电压的需要。这种趋势有助于跟踪系统成本，尽管增加了汽车系统的"电子化"。由于
42V Powernet 会造成不连续性，因此半导体供应商必须设法提供经济有效的硅片解决方案，应对提高的电平电压，特别是增加的电压差分。我们已经表明，线性稳压器的优点是使用简单，坚固耐用和性能高。但是，由于受增加输入电压的影响，它们的效率有所下降。42V
Powernet 的优点已在 LM2936HV 展示的工艺技术和解决方案中得到完美体现。
关注功率和效率
开关技术的最大优点是它们的转换效率。这也是线性技术的主要弱点。考虑采用标称 5V 和 3.3V 工作电压和 150mA 的最大电流为简单的
ECU 提供动力。使用线性 LDO 提供此类稳压电源名义上会导致框 2 中计算的效率。
开关功率转换可以提供最佳的系统效率。从传统角度来看，通常不大愿意在汽车中采用开关模式控制器进行发电。与线性技术相比，它们增加了复杂程度，并且电感元件内快速开关电流会产生潜在的
EMI，因此降低了固有的吸引力。当今汽车行业的发展趋势是从包括电气系统的总体能量预算中获取最佳性能。据预测，转换开关将在混合功率系统中扮演最重要的功率转换角色。对于开关稳压器，可以实现超过
80% 的效率。这意味着我们不应忘记框 1 中已经突出显示的 POL 调节的六个需要。
归根结底，尤其是在有待机功能以及各种苛刻的电源设计的时侯，设计人员将在采用线性 LDO 稳压器的低成本"适用型"方案或我们接下来将讨论的转换开关的最佳效率方案之间进行决策。
开关功率转换
混合 42V 方案中大多数的未来 POL 应用将需要高效的逐步降压转换或正向转换。逐步降压转换器的主要拓扑结构由图 2 中所示的简单电容器、电感器和捕获二极管以及开关组成。
LM5xxx 能够从 9 到 75V 的电压范围内连续操作，最大电流大约 0.5 mA，静态停机电流为100 A。工作时，LM5xxx
中的功率 DMOS 将持续提供高达 0.5A 的电流，支持高速开关，允许使用小型电感器和电容器。据估计，在大约 75mm2 的板空间中可以放置基于此器件的
2-3 W 输出的设计。
ABCD150HV - 一种适用于 42V 汽车应用的新 100V 工艺
这种低成本的工艺是一种功率模拟 BiCMOS/DMOS 类型，可以在模拟和数字之间提供一种卓越的折衷方案。ABCD150HV 工艺提供
CMOS、BiCMOS、DMOS 和 PMOS 结构。请参阅图 3，它显示了 HV 产品的内部电路框图。此工艺的开发主要受包括汽车和电信在内的各种传统电力市场所标示需要的驱动。
最重要的是，该工艺可以提供垂直的 DMOS 功率器件，耐压可高达 100V，因此可将此工艺用于汽车应用中。作为一种功率工艺，大量精力被花费来控制各种主要电参数，例如，功率元件的
通态电阻 (Rdson)。为实现"智能"控制应用，CMOS 的逻辑密度已大为改进。
结论
本文讨论了影响重新架构汽车功率配电系统决策的宏观趋势。我们研究了这种变化将导致的一些技术系统和组件级别的问题。我们特别关注驱动负载点功率调节中涉及的传统和当前技术，表明传统的线性和开关功率转换技术在未来的汽车系统中扮演的角Ｉ杓普庑┫低辰枰悸恰霸俗小庇行Чβ适涑龅男枰约肮潭ㄊ背凸β示蔡僮鞯男枰?br>
未来的应用将需要从根本上重新考虑系统选择和组件选择。对于半导体供应商而言，这代表大量的新机会，但只有通过精心考虑解决增加的标称供电电平的工艺才能抓住这些机会。
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