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MPS | 汽车电子中“识破”开关频率的凡尔赛文学

深圳海外装饰工程通讯 2025-03-01 0

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以下三位选手想来霸占你心里的“第一”的位置,让我们来看下哪位更能打动你?它们分别是FS1=2MHz,FS2=100kHz,FS3=500kHz。

那么问题来了~~~为什么我们只选择这三个频率来让大家进行评比呢?其他的频率难道都已经被“淘汰”了吗?

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我们先来看下FS1-FS3他们的自我评价:

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(图片来自网络侵删)

FS1这意思,选择了它,帮助大家节省了Debug EMI中AM这频率段的韶光,听着倒是不错,EMI可是车载实验中的一大难题,有多少“攻城狮”朋友们捐躯了多个日昼夜夜被关在EMI暗室中。

FS2这是想表达自己效率出众。
那在汽车运用中,产品都要考虑在85℃的环境温度下稳定事情,如果可以大大减小产品发热也是很有吸引力的。

F3自认为还是被广大工程师所采纳呀,据

从上述的描述可见,FS1-FS3利用“凡尔赛体”,把自己赞颂了一番。
不过,抛开需求谈Spec,是不是也有点“耍泼皮”了呢?对付FS1,我们选择2MHz虽然避开了AM频率段,但是会不会加重了高频段的EMI问题呢?对付FS2,开关损耗确实低了,那对付追求小尺寸设计的产品该如何知足呢?对付FS3,某些运用“出场率”是很高,但所有的汽车电子运用是否可以一劳永逸,永久只选择FS3呢?

以是这一期小教室中,

关于电气性能&芯片频率设定限定,内容概要如下:

第一部分:器件尺寸与开关频率的关系

根据上述拟人拓扑中,可作如下比喻:

井的大小:输入电容值水缸的大小:输出电容值木桶的大小:储能电感感量

然后,假定事情条件&约束条件,便可得出如下所须要的外围器件参数:

第二部分:芯片开关损耗&温升与开关频率的关系

根据上述拟人拓扑中,可作如下比喻:

小M疲倦程度:芯片开关损耗&温升

接下来,同样是假定在相同事情条件&约束条件下,得出不同频率的效率曲线(如下图所示),进而打算得出芯片的温升情形。

第三部分:芯片最小导通&关断韶光限定与开关频率的关系

根据上述拟人拓扑中,可作如下比喻:

小M所能迈出的最大、最小步伐:芯片的最小导通&关断韶光

这部分会结合实际车载电池的变革范围,来解释什么情形下会触发到芯片的最小导通&关断韶光。

除此之外,我们还留了一个关于开关频率选择的“伏笔”,也便是为什么在汽车电子的设计中,为什么我们是从300kHz以下,300kHz-530kHz,或是1.8MHz以上这三个频率中挑选出的FS1,FS2和FS3。

说到车载运用中的DCDC,让大家提及最多的,想必也是困惑大家最多的EMI问题。
对付EMI而言,开关频率的选择也显得尤为主要,因此上一期中的“伏笔”就在此刻得以揭晓,如下是一张CISPR25 Class 3 CE的限值标准图,从中可以创造限值线是分段断续的,我们选择的FS1,FS2,FS3就落在这三个断续区域内。

那清晰了三个频率的由来,接下来便是在不同的运用中,对三个频率做出精确的评价,选对所须要的开关频率。
这一期将举三个运用实例来进行剖析,分别是车载传感器,车载移动设备充电,和自动驾驶掌握器。

1. 车载传感器:摄像头

干系要点:外围器件尺寸

这类产品一贯以来都是追求小型化的设计,一定须要更小的电感电容等外围器件,对付开关电源来说,要做的便是把开关频率推向高频,从而降落外围器件尺寸。
FS1(2MHz)在这里可以发挥其长处,同时也不用担心2MHz会引起严重的发热和EMI问题,由于摄像头的功耗不大,对付12V 输入来说,电流一样平常只有100-200mA,以是对付DCDC而言,其导通损耗较小。
以是,纵然抬高开关频率增加的开关损耗也不会使得电源整体产生较高的温升,同时,摄像头模组整体的功耗不大,而且电源一样平常也是集成度很高的PMIC方案,优化了高频di/dt环路,EMI性能相对来说更加友好些。

选用FS1(2MHz)在担保了小体积的同时,又有着不错的效率和良好的EMI表现!

2. 车载移动充电设备:车载USB充电

干系要点:开关损耗&芯片温升

这类产品从原来的单口Type-A更新迭代到双口Type-A,再到后来的双口Type-C,以及目前的Type-C PD。
其同样对付PCB板有着一定的尺寸哀求,虽不像摄像头模组那般,但常日产品掌握在50mm50mm旁边。
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如果说PCB板的大小也局限告终构和器件尺寸,那我们直接选择FS1(2MHz)实现产品的小型化就好了?以双口Type-C为例,每个充电口可达到5V@3A,即总功率达到了30W,即便考虑94%的效率,也有2W旁边的热量存在于PCB板上,并且车载环境试验常日要考虑在85℃情形下稳定运行。

可见,FS1不是最优解。

因此,综合考虑功耗和尺寸这两者成分,FS3(500kHz)旁边才是最得当的开关频率选项。

3. 自动驾驶掌握器:360环视ECU(Electronic Control Unit)

干系要点:芯片最小导通/关断韶光限定

此类运用,板面积相对来说没那么紧张,比较于摄像头模组和USB充电,具备相对充足的PCB Layout面积和散热空间,因此对付开关频率的选择没有那么苛刻。
但攻城狮朋友们在设计中,还是须要将芯片本身的导通/关断韶光限定考虑在内。

比如在商用车中,其电池系统是24V,最高稳态值会达到32V,然后360环视系统中一样平常都须要3.3V的供电,那么这时压差很大,如果频率选择FS1(2MHz),通过打算可以得出

再根据芯片数据手册查询到Minimum On Time如下所示,即触发到了Min. On Time。
以是须要选择更低的频率来避开触发Min. On Time。

其余,环视系统中有时会供应一起8V的电源轨,作为摄像头模组的输入电。
假设工况是乘用车12V电池系统,每每也须要考虑输入电压事情范围在9V-16V,也便是说有9V转8V的工况,同样假设选取FS1(2MHz),打算可得

同样根据规格书所供应的Minimum Off time可见,最大会到70ns,以是也会触发到Min. Off Time。

因此,针对上述两种情形,为了担保芯片稳定的事情在某个开关频率下,就要结合详细的输入输出电压条件,选择最佳的开关频率。

现在,针对汽车电子产品,大家可以识别出不同开关频率的凡尔赛语录了吧。
不同开关频率都各有特色,并不是一成不变的只选择个中一种,还是要结合实际的产品运用来得出最得当的开关频率,让开关电源的性能更加稳定,更加卓越!

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