如今，汽車用戶越來越關注油耗，期望節省燃油支出，而這也能幫助減少對環境的影響。為了了配合此趨勢，汽車制造商們紛紛采用各種途徑來降低油耗，其中一種途徑就是在新車型中應用自動“啟動/停止”(Start/Stop)功能，幫助降低油耗。

 

所謂自動啟停功能，就是汽車因為堵車或等紅燈而停下來時，這些創新的系統自動關閉發動機(熄火)；而當駕駛人的腳從剎車踏板移向油門踏板時，就自動重新啟動發動機(點火)。這就幫助降低市區駕車及停停走走式交通繁忙期時不必要的油耗，降低排放。

 

自動啟停系統對汽車電源系統的影響及常見電源方案

 

但這樣的創新系統也為汽車電子設計帶來一些獨特挑戰。因為當發動機重新啟動時，電池電壓可能驟降至6.0 V甚至更低。傳統汽車電源架構中，典型電子模塊包含反極性二極管，用于在汽車跳接啟動(jump started)而跳接線纜反向的事件中保護電子電路。保護電路本身產生壓降，使下游電路電壓僅為5.5 V或更低。由于許多模塊仍要求5 V供電，過低的壓差使降壓電源沒有足夠余量來正常工作。因此，傳統的汽車電源架構不適用于自動啟停系統。

 

 

圖1：傳統汽車電源架構及其問題所在。

 

要為自動啟停系統選擇適當的電源架構，常見的方案有三種(見圖2)。一種方案是采用低壓降(LDO)線性穩壓器，或是低壓降開關電源。另一種方案是采用升降壓電源作為初級電源。第三種方案是在初級高壓降壓電源之前，采用前置升壓電源。

 

 

圖2：自動啟停系統的常見電源方案（方案1是低壓降電源,不只是LDO）。

安森美半導體用于啟停系統的改進型前置升壓電源方案——NCV8876

 

安森美半導體應用于汽車自動啟停系統的非同步升壓控制器NCV8876，主要用于在汽車自動啟停時為后續電路提供足夠的工作電壓。它是一種改進型的前置升壓電源方案。

 

NCV8876驅動外部N溝道MOSFET，使用內部斜坡補償的峰值電流模式控制，集成了內部穩壓器，為門極驅動器提供電荷。NCV8876采用2 V至45 V輸入電壓工作，能夠在冷啟動及45 V負載突降情況下工作。NCV8876在休眠模式下的靜態電流典型值僅為11 μA，適應汽車應用的低靜態電流要求。它在寬溫度范圍下提供±2%的輸出電壓精度。NCV8876采用SOIC8微型封裝，工作溫度范圍-40℃至150℃，能夠適應汽車應用的嚴格要求。

 

 

圖3：安森美半導體的改進型前置升壓電源方案NCV8876的典型應用電路。

如圖3所示，NCV8876具有狀態(STATUS)監測功能，能為微控制器提供工作狀態信息。當工作狀態為低電平時，NCV887工作；高電平時，NCV8876休眠。這器件可以透過外部電阻RDSC設定頻率。它還可內部設定限流值、較大占空比等多項參數。NCV8876集成了多種保護功能，如逐周期限流保護、斷續模式過流保護及過熱關閉等。其它特性包括：峰值電流檢測、較小COMP電壓鉗位可提高切換時的響應速度等。總的來看，NCV8876應用電路簡單，成本低，非常適合汽車啟停系統應用。

 

NCV8876工作原理

 

NCV8876改進型前置升壓電源方案的原理是：電池電壓正常時，NCV8876進入休眠模式，僅消耗極低的靜態電流(典型值< 11 μA)；而當電池電壓降至設定電壓時，NCV8876自動喚醒，開始升壓工作。

 

具體而言，當汽車電池供電電壓下降到低于7.3 V(可工廠預設)時，NCV8876自動啟用；而當電池電壓降至低于6.8V時，NCV8876啟用升壓工作。因此，NCV8876可以保障后續電路有足夠的余量來恰當地進行降壓工作，供下游系統使用。

 

圖4：安森美半導體NCV8876非同步升壓控制器工作原理詳解。

 

安森美半導體基于NCV8876的演示電路板測試顯示，在輸入電壓較低2.6 V條件下，輸出電壓為6.8 V，輸出電流為3.6 A，能夠使后續降壓轉換器恰當工作，并為下游系統供電。

 

圖5：NCV8876演示電路板及實測波形。

總結：

汽車自動啟停系統幫助降低油耗及廢氣排放，但此創新功能也帶來獨特的工程設計挑戰。本文介紹了安森美半導體的較新前置升壓電源方案NCV8876的功能特點及工作原理，幫助設計人員應用這非同步升壓控制器，為創新的汽車自動啟停系統開發簡單、低成本的電源方案。