汽车自动启停系统对电源的影响及升压转换器方案

如今，汽车用户越来越关注油耗，期望节省燃油支出，而这也能帮助减少对环境的影响。为了了配合此趋势，汽车制造商们纷纷采用各种途径来降低油耗，其中一种途径就是在新车型中应用自动“启动/停止”(Start/Stop)功能，帮助降低油耗。

所谓自动启停功能，就是汽车因为堵车或等红灯而停下来时，这些创新的系统自动关闭发动机(熄火);而当驾驶人的脚从刹车踏板移向油门踏板时，就自动重新启动发动机(点火)。这就帮助降低市区驾车及停停走走式交通繁忙期时不必要的油耗，降低排放。

自动启停系统对汽车电源系统的影响及常见电源方案

但这样的创新系统也为汽车电子设计带来一些独特挑战。因为当发动机重新启动时，电池电压可能骤降至6.0 V甚至更低。传统汽车电源架构中，典型电子模块包含反极性二极管，用于在汽车跳接启动(jump started)而跳接线缆反向的事件中保护电子电路。保护电路本身产生压降，使下游电路电压仅为5.5 V或更低。由于许多模块仍要求5 V供电，过低的压差使降压电源没有足够余量来正常工作。因此，传统的汽车电源架构不适用于自动启停系统。

图1：传统汽车电源架构及其问题所在。

要为自动启停系统选择适当的电源架构，常见的方案有三种(见图2)。一种方案是采用低压降(LDO)线性稳压器，或是低压降开关电源。另一种方案是采用升降压电源作为初级电源。第三种方案是在初级高压降压电源之前，采用前置升压电源。

图2：自动启停系统的常见电源方案(方案1是低压降电源,不只是LDO)。安森美半导体用于启停系统的改进型前置升压电源方案——NCV8876

安森美半导体应用于汽车自动启停系统的非同步升压控制器NCV8876，主要用于在汽车自动启停时为后续电路提供足够的工作电压。它是一种改进型的前置升压电源方案。

NCV8876驱动外部N沟道MOSFET，使用内部斜坡补偿的峰值电流模式控制，集成了内部稳压器，为门极驱动器提供电荷。NCV8876采用2 V至45 V输入电压工作，能够在冷启动及45 V负载突降情况下工作。NCV8876在休眠模式下的静态电流典型值仅为11 μA，适应汽车应用的低静态电流要求。它在宽温度范围下提供±2%的输出电压精度。NCV8876采用SOIC8微型封装，工作温度范围-40℃至150℃，能够适应汽车应用的严格要求。

图3：安森美半导体的改进型前置升压电源方案NCV8876的典型应用电路。

如图3所示，NCV8876具有状态(STATUS)监测功能，能为微控制器提供工作状态信息。当工作状态为低电平时，NCV887工作;高电平时，NCV8876休眠。这器件可以透过外部电阻RDSC设定频率。它还可内部设定限流值、最大占空比等多项参数。NCV8876集成了多种保护功能，如逐周期限流保护、断续模式过流保护及过热关闭等。其它特性包括：峰值电流检测、最小COMP电压钳位可提高切换时的响应速度等。总的来看，NCV8876应用电路简单，成本低，非常适合汽车启停系统应用。

NCV8876工作原理

NCV8876改进型前置升压电源方案的原理是：电池电压正常时，NCV8876进入休眠模式，仅消耗极低的静态电流(典型值< 11 μA);而当电池电压降至设定电压时，NCV8876自动唤醒，开始升压工作。

具体而言，当汽车电池供电电压下降到低于7.3 V(可工厂预设)时，NCV8876自动启用;而当电池电压降至低于6.8V时，NCV8876启用升压工作。因此，NCV8876可以保障后续电路有足够的余量来恰当地进行降压工作，供下游系统使用。

图4：安森美半导体NCV8876非同步升压控制器工作原理详解。安森美半导体基于NCV8876的演示电路板测试显示，在输入电压最低2.6 V条件下，输出电压为6.8 V，输出电流为3.6 A，能够使后续降压转换器恰当工作，并为下游系统供电。

图5：NCV8876演示电路板及实测波形。

总结：

汽车自动启停系统帮助降低油耗及废气排放，但此创新功能也带来独特的工程设计挑战。本文介绍了安森美半导体的最新前置升压电源方案NCV8876的功能特点及工作原理，帮助设计人员应用这非同步升压控制器，为创新的汽车自动启停系统开发简单、低成本的电源方案。