近年来,汽车的驾驶乐趣已不仅局限于操控感,也与其娱乐化,自动化,智能化有着密切的关联。
从娱乐化的角度来说,从传统的指针式仪表过渡到数字液晶仪表,又或是HUD,传统的导航屏到现如今可以支持CAR Play的娱乐导航系统。从自动化的角度来说,配备了很多的雷达与摄像头传感器,让车辆有了更深层次的感知。
从智能化的角度来说,配备了语音智能,让驾驶者只需动动嘴皮,便可实现一番操作。
娱乐化,自动化,智能化都需要车载电子化来实现。因此,电源的需求随着汽车电子化的需求日益增多,同样开关电源的数量也相应增加。
对于开关电源,工程师们对开关频率的选择多多少少经历过迷茫,按照经验值选定了之后,通常发现有部分的性能仍不能满足,然后再对电源外围器件进行后期加工。
上图可见,以5A的buck电路为例,显然,开关频率的推高,可以大幅缩减电源外围器件的尺寸。当频率从50kHz提升到2MHz时,功率电感的选型可从绕线式直插电感到贴片电感,再到塑封薄型电感,电感的直流阻抗也越来越小。同样,电容的选型从电解电容到陶瓷电容,1210或是1206封装,电容的ESR也越来越小。
以Buck电路为例,通常电源的纹波参数可以参考上述的设计指标为例,假设所要求的纹波大小分别为:电感电流纹波为40%,输入电容纹波10mV和输出电容纹波100mV。
那么,针对12V转3.3V@2A,24V转5V@5A的工况中,所需要的功率电感,输入&输出电容如下柱状图所示。
对于外围电感来说,开关频率抬高后,外围电感不光在尺寸上有所减小,DCR的损耗也大幅降低,如下图所示。
对于同步Buck来说,除了电感的DCR损耗,还包含电感的AC损耗和IC内部MOS的导通损耗,开关损耗和驱动损耗。下图是基于MPQ4572 (Sync-buck, 65V@2A) 评估板所测试的一些数据,评估了不同开关频率下的效率曲线与损耗构成。
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