1. Rango VIN del voltaje de entrada: el rango transitorio del voltaje de la batería de 12 V determina el rango de voltaje de entrada del IC de conversión de energía.
El rango de voltaje típico de la batería de un automóvil es de 9 V a 16 V. Cuando el motor está apagado, el voltaje nominal de la batería del automóvil es de 12 V; cuando el motor está en marcha, el voltaje de la batería es de alrededor de 14,4 V. Sin embargo, bajo diferentes condiciones, el voltaje transitorio también puede alcanzar ±100V. El estándar industrial ISO7637-1 define el rango de fluctuación de voltaje de las baterías de automóviles. Las formas de onda que se muestran en las Figuras 1 y 2 son algunas de las formas de onda proporcionadas por el estándar ISO7637. Las figuras muestran las condiciones críticas que deben cumplir los convertidores de potencia para automóviles de alto voltaje.
Además de ISO7637-1, también existen algunos rangos y entornos de funcionamiento de baterías definidos para motores de gas. La mayoría de las especificaciones nuevas son propuestas por diferentes OEM y no necesariamente siguen los estándares de la industria. Sin embargo, cualquier nueva norma requerirá que los sistemas tengan protección contra sobretensión y subtensión.
2. Consideraciones sobre la disipación de calor: la disipación de calor debe diseñarse de acuerdo con la eficiencia mínima del convertidor CC-CC.
En aplicaciones con poca o ninguna circulación de aire, si la temperatura ambiente es alta (gt; 30°C) y hay una fuente de calor (gt; 1W) en la carcasa, el dispositivo se calentará rápidamente (gt; 85°C). Por ejemplo, la mayoría de los amplificadores de audio requieren un disipador de calor y una buena circulación de aire para disipar el calor. Además, los materiales de PCB y una determinada área de cobre ayudan a mejorar la eficiencia de la conducción del calor para lograr condiciones óptimas de disipación del calor. Si no se utiliza un disipador de calor, la capacidad de disipación de calor de la almohadilla expuesta en el paquete no excede de 2 W a 3 W (85 °C). A medida que aumenta la temperatura ambiente, la capacidad de disipación de calor se reducirá significativamente.
Al convertir el voltaje de la batería a una salida de bajo voltaje (por ejemplo: 3,3 V), el regulador lineal perderá el 75% de la potencia de entrada, lo cual es extremadamente ineficiente. Para proporcionar 1W de potencia de salida, se disiparán 3W de potencia en forma de calor. Limitada por la temperatura ambiente y la resistencia térmica de la caja/unión, la potencia de salida máxima de 1W se reducirá significativamente. Para la mayoría de los convertidores CC-CC de alto voltaje, los LDO pueden proporcionar un rendimiento de alto costo cuando la corriente de salida está en el rango de 150 mA a 200 mA.
Para convertir el voltaje de la batería a bajo voltaje (por ejemplo: 3,3 V), cuando la potencia alcanza los 3 W, debe elegir un convertidor de conmutación de alta gama, que puede proporcionar una potencia de salida de más de 30 W. . Esta es la razón por la que los fabricantes de fuentes de alimentación para automóviles suelen elegir soluciones de fuentes de alimentación conmutadas en lugar de arquitecturas tradicionales basadas en LDO.
El diseño de alta potencia (gt; 20 W) tiene estrictos requisitos de gestión térmica y requiere el uso de una arquitectura de rectificación síncrona. Para lograr mayores capacidades de disipación térmica que un solo paquete y evitar el "calentamiento" del paquete, considere usar un controlador MOSFET externo.
3. Corriente de funcionamiento en reposo (IQ) y corriente de apagado (ISD):
Con el rápido crecimiento del número de unidades de control electrónico (ECU) en los automóviles, la producción total de baterías de automóviles La corriente también sigue creciendo. Incluso cuando el motor está apagado y la batería está agotada, algunas unidades de ECU continúan funcionando. Para garantizar que el IQ de la corriente operativa estática esté dentro de un rango controlable, la mayoría de los fabricantes OEM han comenzado a limitar el IQ de cada ECU. Por ejemplo, el requisito propuesto por la Unión Europea es: 100?A/ECU. La mayoría de las normas automotrices de la UE estipulan que el valor IQ típico de la ECU es inferior a 100 A. El consumo actual de dispositivos que están siempre activos, como transceptores CAN, relojes en tiempo real y microcontroladores, es una consideración importante para ECUIQ, y el diseño de la fuente de alimentación debe considerar un presupuesto IQ mínimo.
4. Control de costos: el compromiso de los fabricantes OEM entre costo y especificaciones es un factor importante que afecta la lista de materiales del suministro de energía.
Para productos producidos en grandes cantidades, el coste es un factor importante a considerar en el diseño. El tipo de PCB, las capacidades térmicas, las opciones de empaque permitidas y otras restricciones de diseño están limitadas por el presupuesto de un proyecto en particular. Por ejemplo, al utilizar una placa FR4 de 4 capas y una placa CM3 de una sola capa, las capacidades de disipación de calor de la PCB serán muy diferentes.
El presupuesto del proyecto también generará otra restricción. Los usuarios pueden aceptar ECU de mayor costo, pero no gastarán tiempo ni dinero en transformar los diseños tradicionales de suministro de energía. Para algunas plataformas de desarrollo nuevas que son muy costosas, los diseñadores simplemente hacen algunas modificaciones simples a los diseños de fuentes de alimentación tradicionales no optimizados.
5. Ubicación/diseño: en el diseño de la fuente de alimentación, la disposición de la PCB y de los componentes limitará el rendimiento general de la fuente de alimentación.
El diseño estructural, la disposición de la placa de circuito, la sensibilidad al ruido, los problemas de interconexión de la placa multicapa y otras limitaciones de diseño restringirán el diseño de fuentes de alimentación integradas de alto chip. El uso de fuentes de alimentación de punto de carga para generar toda la energía necesaria también genera costos elevados, e integrar muchos componentes en un solo chip no es lo ideal. Los diseñadores de fuentes de alimentación deben equilibrar el rendimiento general del sistema, las limitaciones mecánicas y los costos en función de las necesidades específicas del proyecto.
6. Radiación electromagnética:
El campo eléctrico que cambia con el tiempo producirá radiación electromagnética. La intensidad de la radiación depende de la frecuencia y amplitud del campo electromagnético generado. por un circuito en funcionamiento afectará directamente a otro circuito. Por ejemplo, la interferencia del canal de radio puede provocar un mal funcionamiento de las bolsas de aire. Para evitar estos efectos negativos, los fabricantes OEM han establecido límites máximos de radiación electromagnética para las unidades de ECU.
Para mantener la radiación electromagnética (EMI) bajo control, el tipo, la topología, la selección de componentes periféricos, el diseño de la placa de circuito y el blindaje del convertidor CC-CC son muy importantes. Después de años de acumulación, los diseñadores de circuitos integrados de energía han desarrollado varias tecnologías para limitar la EMI. La sincronización de reloj externo, la frecuencia de funcionamiento superior a la banda de modulación AM, el MOSFET integrado, la tecnología de conmutación suave, la tecnología de espectro ensanchado, etc. son todas soluciones de supresión de EMI introducidas en los últimos años.