Celso Aron, Dominic Clavillas, and Jardine Penaflor

車(chē)輛跟蹤系統(tǒng)（VTS）通常安裝在汽車(chē)和卡車(chē)上。VTS 使用全球定位系統(tǒng) （GPS） 等技術(shù)提供有關(guān)車(chē)輛速度、位置和方向的實(shí)時(shí)信息。

為了使VTS可靠工作，它需要具有強(qiáng)大的DC-DC電源。電源的設(shè)計(jì)必須能夠保護(hù)系統(tǒng)免受常見(jiàn)的汽車(chē)故障條件的影響，如負(fù)載突降、冷啟動(dòng)、反極性以及 ISO 7637-2 和 ISO 16750-2 標(biāo)準(zhǔn)中描述的其他潛在破壞性瞬變。

此外，在沒(méi)有來(lái)自車(chē)輛的電源的情況下，系統(tǒng)必須能夠切換到備用電池以確保連續(xù)運(yùn)行。最終，汽車(chē)電源必須符合汽車(chē)電磁干擾（EMI）標(biāo)準(zhǔn)，特別是CISPR 25。

為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，ADI公司開(kāi)發(fā)了EVAL-ADVTS4152-EBZ電源解決方案，這是一種用于車(chē)輛跟蹤系統(tǒng)的高性能、簡(jiǎn)化電源解決方案。

集成解決方案

EVAL-ADVTS4152-EBZ 電源解決方案集成了三個(gè)主要模塊：LT4356-1 浪涌抑制器、高效 LT8609A 降壓型穩(wěn)壓器和 LTC4040 電池后備電源管理器。這三個(gè)模塊協(xié)同工作，為VTS等下游電子設(shè)備提供可靠高效的電源。

EVAL-ADVTS4152-EBZ 與標(biāo)稱(chēng) 12 V 或 24 V 系統(tǒng)兼容，設(shè)計(jì)輸出 5 V 并提供 3 A 連續(xù)電流。當(dāng)汽車(chē)電池的電源不可用時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)切換到單節(jié)鋰離子（Li-Ion）或磷酸鐵鋰（LiFePO4） 電池。

圖2.EVAL-ADVTS4152-EBZ 功能框圖

浪涌止動(dòng)器

設(shè)計(jì)汽車(chē)電源來(lái)處理高壓瞬變可能具有挑戰(zhàn)性，因?yàn)檫@需要器件在保持敏感電子設(shè)備完好無(wú)損的同時(shí)耗散多余的功率。EVAL-ADVTS4152-EBZ 電源解決方案具有 LT4356-1 浪涌抑制器，可保護(hù)系統(tǒng)免受高壓瞬變的影響，并在此類(lèi)事件期間繼續(xù)工作。

LT4356-1 驅(qū)動(dòng)一個(gè)外部 N 溝道、金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管 （MOSFET） 作為調(diào)整管 （參見(jiàn)圖 3）。在正常工作中，LT4356-1 完全接通 MOSFET，并提供一條從輸入到下游負(fù)載的低阻抗路徑。如果輸入電壓浪涌過(guò)高，LT4356-1 將控制 MOSFET 的柵極，并將輸出調(diào)節(jié)至由 R33 和 R34 電阻分壓器從 OUT 引腳到地設(shè)定的一個(gè)安全電壓電平。MOSFET 保持導(dǎo)通狀態(tài)，直到電容器充電 （CTMR） 連接到 TMR 引腳接地達(dá)到 1.35 V。此時(shí)，柵極引腳拉低電平，關(guān)閉 MOSFET。

圖3.LT4356-1 浪涌抑制器

負(fù)載突降

拋負(fù)載是高壓瞬變的一個(gè)例子。當(dāng)交流發(fā)電機(jī)在充電時(shí)與汽車(chē)電池?cái)嚅_(kāi)連接時(shí)，就會(huì)發(fā)生負(fù)載突降，從而導(dǎo)致電壓浪涌。EVAL-ADVTS4152-EBZ 采用 LT4356-1 浪涌抑制器來(lái)保護(hù)敏感的汽車(chē)電子設(shè)備免受此類(lèi)瞬態(tài)條件的影響。

測(cè)試設(shè)置

使用 DC1950A 拋負(fù)載發(fā)生器生成拋負(fù)載測(cè)試脈沖，并通過(guò) EVAL-ADVTS4152-EBZ 的輸入發(fā)送。然后在EVAL-ADVTS1-EBZ的輸出端施加4152 A恒流負(fù)載。圖 4 顯示了負(fù)載突降條件的測(cè)試設(shè)置。

圖4.負(fù)載突降條件的測(cè)試設(shè)置

實(shí)際浪涌波形如圖5所示，顯示在通道2（C2）中，讀數(shù)為105.6 V浪涌，衰減約400 ms。輸出端的電壓讀數(shù)保持在5 V，顯示在通道3（C3）中，表明電源沒(méi)有中斷。在圖 5 中，LT4356-1 響應(yīng)也顯示在通道 1 （C1） 中。波形中的平坦區(qū)域顯示芯片正在將電壓調(diào)節(jié)在所需的38 V鉗位電壓下（見(jiàn)圖5）。

圖5.高瞬態(tài)電壓下的EVAL-ADVTS4152-EBZ響應(yīng)

降壓穩(wěn)壓器

然后，LT4356-1 的輸出連接到 LT8609A 高效率降壓型穩(wěn)壓器的輸入 （參見(jiàn)圖 6）。LT8609A具有3.0 V至42 V的寬輸入范圍。RT和地之間連接一個(gè)電阻用于設(shè)置開(kāi)關(guān)頻率。一個(gè) SYNC 引腳允許用戶(hù)啟用擴(kuò)頻調(diào)制以實(shí)現(xiàn)低 EMI 操作。

圖6.LT8609A 降壓型穩(wěn)壓器

電池備用電源管理器

為了使VTS連續(xù)運(yùn)行，在沒(méi)有汽車(chē)電池供電的情況下，它必須有一個(gè)備用電源。EVAL-ADVTS4152-EBZ 具有一個(gè) LTC4040 高電流、升壓型 DC-DC 穩(wěn)壓器，用于支持單節(jié)鋰離子電池或 LiFePO4 電池的電源（參見(jiàn)圖 7）。

當(dāng)LT4356-1的輸出降至1.2 V電源故障輸入（PFI）閾值以下時(shí)，2.5 A升壓穩(wěn)壓器從備用電池向下游負(fù)載供電。

圖7.LTC4040 電池備用電源管理器

正常到備用電池模式

為了模擬掉電條件，斷開(kāi)了EVAL-ADVTS4152-EBZ輸入端的電源，以查看從正常工作模式到備用電池模式的轉(zhuǎn)換波形。圖 9 顯示了測(cè)試設(shè)置。該仿真還顯示了EVAL-ADVTS4152-EBZ在冷啟動(dòng)等欠壓瞬變期間如何繼續(xù)工作。

在圖8中，標(biāo)稱(chēng)12 V輸入顯示在通道1（C1）中。通道3（C3）中顯示的系統(tǒng)輸出顯示，當(dāng)5 V輸入下降時(shí)，12 V輸出不會(huì)中斷。該結(jié)果還表明，EVAL-ADVTS4152-EBZ即使在冷啟動(dòng)瞬變期間也能連續(xù)工作。

圖8.掉電條件下的 EVAL-ADVTS4152-EBZ 響應(yīng)（VIN = 12 V 和 VOUT = 5 V）

圖9.掉電條件模擬測(cè)試設(shè)置

為電池選擇充電電壓

當(dāng)汽車(chē)電池電源可用時(shí)，升壓穩(wěn)壓器作為降壓電池充電器反向工作。充電電壓可通過(guò)用戶(hù)可選的引腳根據(jù)電池類(lèi)型進(jìn)行配置。LTC4040 為兩種電池化學(xué)成分 （鋰離子和 LiFePO4），這些選項(xiàng)通過(guò) S1、S2 和 S3 滑動(dòng)開(kāi)關(guān)輸入進(jìn)行選擇。表 2 顯示了為兩種類(lèi)型的電池選擇充電電壓的開(kāi)關(guān)配置。

熱關(guān)斷規(guī)定

EVAL-ADVTS4152-EBZ具有可選的ADT6401引腳可選溫度開(kāi)關(guān)，可在設(shè)計(jì)需要防止異常高直流電壓時(shí)提供過(guò)溫保護(hù)。有關(guān)參考，請(qǐng)參見(jiàn) EVAL-ADVTS4152-EBZ、UG-1916 的 ADT6401 原理圖。

預(yù)一致性測(cè)試

ISO 7637-2：2011 和 ISO 16750-2：2012 標(biāo)準(zhǔn)

ISO 7637-2：2011 和 ISO 16750-2：2012 標(biāo)準(zhǔn)描述了可能的瞬變，并指定了模擬瞬變的測(cè)試方法。圖10顯示了符合要求的測(cè)試要求作為參考。

圖 10.ISO 7637-2 和 ISO 16750-2 測(cè)試要求

CISPR 25 輻射和傳導(dǎo)發(fā)射

CISPR 25 是一項(xiàng)汽車(chē)標(biāo)準(zhǔn)，用于調(diào)節(jié)輻射和傳導(dǎo)發(fā)射，以保護(hù)車(chē)輛中的車(chē)載接收器。EVAL-ADVTS4152-EBZ的輻射EMI性能如圖11和圖12所示。傳導(dǎo)EMI性能如圖13和圖14所示。圖11至圖14中的紅線(xiàn)表示CISPR25 5類(lèi)輻射和傳導(dǎo)發(fā)射峰值限值。

圖 11.輻射EMI性能，水平極化

圖 12.輻射EMI性能，垂直極化

圖 13.傳導(dǎo) EMI 性能，正極性

圖 14.傳導(dǎo)EMI性能，負(fù)極性

審核編輯：郭婷