您最近開過一款新車嗎？新車可帶來極為新奇的體驗，不僅有高級儀表、觸摸屏、互聯娛樂系統，而且還有高級照明設備，這些都需要電源。所有這些電子產品的背后都是電池穩壓器和電池充電器，其可管理輸入輸出 12V、24V 及 48V 電池的電源。每年“必須有”支持的配件和電子系統按預期在增長，配套電源組件的尺寸，重量和數量將跟上電力需求的增長。
48Vin 汽車電源的出現
汽車電子產品會消耗大量的電力，為了不斷滿足這些需求，許多更新的汽車配備了由 12V 傳統鉛酸電池和 48V 鋰離子電池組成的雙電池系統。在歐洲已盛行的“微型”及“輕型”混合動力車在包括美國市場在內的整個世界勢頭正勁。微型及輕型混合動力車使用 12V 電池和 48V 鋰離子電池。這些雙電池車輛在車輛停止時關閉引擎，在駕駛員腳踩離合器或踩油門踏板時重新啟動引擎。該自動停／啟特性已證實可將燃油經濟性提升 5% 至 10%。在這些系統中，12V 或 24V 鉛酸電池支持啟動以及傳統汽車中的所有典型電子產品，如儀表板、娛樂系統和前大燈等。48V 鋰離子電池可為 空調壓縮機和主動底盤系統等高負載系統供電，其可能還包括轉向、再生煞車和穩定性管理等。如圖 1 所示，雙電池方案依靠工作在不同電壓下的不同電池技術相互補充。因此，所需的線路穩壓器不僅可接受寬范圍的輸入電壓，而且還可在降壓（步降）與升壓（步升）模式間切換時,提供穩定穩壓輸出。
有些人會反駁，雙電池混合電壓系統只是全面 48V 汽車系統的鋪墊。在未來 5 到10 年內，48V 電子產品將開始取代用于汽車電子產品的傳統 12V 電軌。 在這個過渡階段，對于可支持原有 12V 系統和未來 48V 系統的電源組件的需求仍將增加。
DC/DC 電池穩壓和充電需要多功能性
為汽車應用及配件供電的電池的 DC/DC 穩壓與充電有其一系列獨特的要求和挑戰。電池供電電壓就其本質而言，容易因溫度、負載和電量狀態而發生巨大變化。這些寬范圍的電壓擺幅需要可在降壓與升壓模式間自動無縫轉換的高靈活DC/DC 穩壓器。
例如在正常使用過程中，典型 12V 汽車電池輸出電壓在 8V 至 16.5V 之間。請查看圖 2 和圖 3 的電壓與電量狀態曲線。在低溫下或在老化電池上進行測量時，電壓擺幅會進一步加劇。此外，線路穩壓器還必須能夠應對由交流發電機充電的電池，必須時刻準備著用于可產生大量感應電壓瞬態的負載突降環境。
若未加抑制，這些電壓的峰值會高達 120V，而且需要箝位電路才能使這些負載突降電壓等于或低于 12V 電池的 40V 及 24V 系統的 60V 。這些寬輸入擺幅會高達60V，不僅對于許多穩壓器而言太大，而且大部分穩壓器在其輸入超過 36V 時還會停止穩壓。能夠管理整個 8V 至 60V 輸入范圍電壓擺幅并能在實際情況下仍保持穩定穩壓輸出的解決方案非常少。
電池穩壓器應支持恒流、恒壓
一般而言，負載穩壓器有望提供穩定的負載穩壓，帶來足以快速調整負載瞬態的帶寬。部署在電池供電系統中時，另外還需要對電池再充電。為了同時支持負載穩壓及電池充電，穩壓器也應能夠在傳統電壓優先級與電流優先級模式間切換。需要能夠在恒流／恒壓 (CC/CV) 模式間來回切換的穩壓器來實施用于充電電池的典型 CC/CV 方案。穩壓器若具備這項功能，完成電池充電無需其它的專用穩壓器。
器件如果具有恒壓恒流能力，那么一個器件就可以解決電池充電、預充電／再充電大容量保持電容器或穩壓負載。越來越多的電子產品廠商發現了其通過汽車配件市場切入汽車市場的途徑，因而支持電池充電方案的通用穩壓器有不斷增長的需求。
全輸入電壓范圍的等值效率可簡化系統設計
新一代升降壓穩壓器也可通過提升寬輸入范圍的效率來超越傳統穩壓器。穩壓器效率只提升幾個百分點乍看可能并不重要，但將其放在應用環境中時，就真的很重要了。更直白的說，效率確實很重要，即使是在電池供電移動設備的低功耗應用中，高效延長了電池使用壽命。在更高功率應用（大于 50W）中也是如此。判斷升降壓穩壓器性能時要注意的重要特性是在整個線路輸入范圍內效率曲線的平緩度。許多穩壓器都號稱在窄小范圍內有高效率，這對于輸入電壓還算穩定的應用而言是可以接受的。然而，在調整電池寬范圍的變量時，應該更密切地關注穩壓器效率曲線的平緩度。效率線均勻的優勢在于可簡化散熱設計，系統設計人員可以針對整個工作范圍的均勻熱負載進行規劃。
效率對散熱設計及成本的影響
轉換效率可直接影響系統的散熱設計和可靠性，其進而會影響總體系統成本。與常規 DC/DC 穩壓器相比，新一代 DC/DC 穩壓器可輕松將效率提升 2 至 3 個百分點。效率提升 2% 至 3% 相當于在 100W 至 200W 汽車應用中節省 2W 至 6W 的功率。負載時，這會使必須從系統耗散的熱量降低 2W 至 6W。此外，這些對效率的增量提升也可擴增系統的散熱裕量。該裕量不僅可實現在更大范圍的溫度下全面供電，同時還能降低相關散熱成本，并提供更穩健的設計。另外，更高效率的電源轉換還可降低電源發電機對負載或對電池再充電所提供的每單位能量的需求。
尺寸小、重量輕，可帶來更優異的解決方案
尺寸、功率密度以及對更高效解決方案的需求，仍然是頭等大事。在電池供電汽車應用中，制造商正被迫實現更高的能源經濟性，而消費者則希望車內有更多的電子設備。雖然車內電子設備的總體數量的穩步增長，但是車內的空間是很少變化的。要為支持這些更多電子設備的穩壓器找到空間實屬不易。此外，輕量級解決方案的需求對于達到車輛重量目標及能源經濟標準也很重要。
隨著汽車配件的升級，系統設計人員必須在不增加分配給穩壓器的空間的情況下，努力提升額定功率容量，因此，需要輕量級、高功率密度的解決方案，在比原有解決方案尺寸更小（或相同）的封裝內，支持更大的負載。新一代升降壓穩壓器可通過提升其工作開關頻率滿足這一需求。開關頻率愈高，功率電感器及相關濾波電容器等能量儲存無源組件就愈小。更小的電源組件及濾波組件有助于縮小空間、實現更高的功率密度。
新一代升降壓穩壓器
雙電池汽車系統現已變得隨處可見，而且也正在提升對最新電池供電 DC/DC 轉換解決方案的需求，這一需求包括零配件市場電子組件的持續擴增，例如音視頻娛樂、導航以及視頻監控系統。視頻監控系統加裝到公共汽車、運輸車以及出租車上的情況越來越多（參見圖 4）。
當前的汽車配件需要能進行寬范圍輸入線路穩壓的新一代升降壓穩壓器，這種穩壓器可提供電壓與電流優先級調節，作為電池充電解決方案的一部分。由于能夠在線路輸入范圍內實現高效充電與穩壓，系統設計人員不僅可簡化其材料清單，而且還可使用單個 DC/DC 穩壓器來支持多種產品設計。
通用性對于日新月異的汽車市場極為重要
汽車電子產品與配件的數量及種類不斷增加，因而，對支持這些電子產品的更先進電源組件的需求也在不斷攀升。這些系統主要依靠多種電池化學成分，可在不同電壓下工作，從而帶來了對可支持 12V 與 48V 系統的新一代 DC/DC 穩壓器的需求。靈活性、尺寸、密度和效率是一些重要特性，為當前及未來不斷演進的汽車選擇電源解決方案時需仔細考量。 |
