《電子技術(shù)應(yīng)用》
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汽車系統(tǒng)的USB供電

2017-05-18
關(guān)鍵詞: 汽車系統(tǒng) USB

  USB Type-C新標(biāo)準(zhǔn)中最令人激動的一個方面是其電力傳輸部分。通過USB供電,,器件可以成功獲得更多的電力,,從而實現(xiàn)以前無法實現(xiàn)的功能。手機,、平板電腦和筆記本電腦等便攜式設(shè)備將能夠更快地充電。顯示器等高功率設(shè)備將能夠通過相同的電纜獲得電源和數(shù)據(jù),。

  器件和主機的數(shù)量仍然相對較少,,但正不斷增加。隨著USB Type-C器件的普及,消費者也希望在家中,、移動辦公時使用它們,,尤其是在汽車上。

  汽車系統(tǒng)有一套獨特的要求和設(shè)計障礙,,超出了USB供電的要求,。表1所示為汽車系統(tǒng)中的典型電壓。

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  汽車系統(tǒng)將對輸入使用保護和/或調(diào)節(jié),,以限制負載的電壓,。該電壓通常限于高出卡車電壓或為電池電壓的兩倍,但低于40V,。輸入保護功能可使輸入電壓介于3-40V之間,。

  USB Type-A器件僅在5V條件下工作,因此降壓轉(zhuǎn)換器可以創(chuàng)建充電或通信端口,。然而,,在起動條件下,USB Type-A系統(tǒng)不起作用,。過去,,這并不是一個很大的問題,因為車輛駕駛員只將車輛起動一次,,而且起動只需要很短的時間,。但是隨著停止起動怠速的采用,這種中斷逐漸成為了一個嚴(yán)重的問題,。想像您坐在車中聽著手機播放的音樂,,每次車輛起動和停止時,音樂就會中斷,。USB供電允許電壓介于5V-20V之間,,為負載提供適當(dāng)?shù)碾妷菏且粋€真正存在的問題。

  簡單的降壓轉(zhuǎn)換器不再能夠執(zhí)行電源轉(zhuǎn)換,。在特定的輸入和輸出電壓范圍內(nèi),,一個簡單的升壓轉(zhuǎn)換器也不夠。汽車系統(tǒng)設(shè)計人員需要一臺可以根據(jù)工況降壓或升壓的轉(zhuǎn)換器,。

  一些拓撲結(jié)構(gòu)符合這些標(biāo)準(zhǔn),,包括單端初級電感轉(zhuǎn)換器(SEPIC)、反激式或非反向降壓-升壓,。非反向降壓-升壓類別還包括雙開關(guān)或四開關(guān)的選項,。圖1所示為每個拓撲的簡化原理圖。

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  SEPIC和反激式轉(zhuǎn)換器所具有的性能高度相似;然而,,SEPIC的鉗位輸入電壓和現(xiàn)成的電感使其對汽車應(yīng)用更具吸引力,。雙開關(guān)降壓-升壓在功率上受限,其范圍與SEPIC類似,但對雙開關(guān)降壓-升壓控制器來說,,可用選項很少,。因此,只能將SEPIC用于低功耗應(yīng)用(5-50W),,而將四開關(guān)降壓-升壓用于高功率應(yīng)用(30-100W),。

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  汽車環(huán)境中的許多應(yīng)用可以從USB供電中受益,其中包括:

  · 車輛(5, 9, 15或20V)中可達100W的充電端口,。

  · 從便攜式設(shè)備充電和接受數(shù)據(jù)的信息娛樂端口,。

  · 信息娛樂輸出端口——例如,連接到車輛后部監(jiān)視器并通過同一根電纜提供電源和數(shù)據(jù)的端口,。

  · 可從汽車提供電源和數(shù)據(jù)的診斷端口,。

  USB Type-C尚未應(yīng)用于車輛,但很快就會得到應(yīng)用,。目前還有許多電源障礙需要解決,以確保獲得無故障的用戶體驗,。輸入和輸出電壓的變化使得非反向降壓-升壓電源成為理想的選擇,。對于低成本和低功耗解決方案來說,SEPIC可能是合適的選擇,。對功率和效率更高的設(shè)計來說,,四開關(guān)降壓-升壓法可以提供一個非常有吸引力的解決方案。在汽車環(huán)境中通過USB 供電的應(yīng)用數(shù)量只會增加不會減少,,這意味著電源設(shè)計的機遇將會更加多元,。


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