汽车车载系统的电源设计浅析

2014年第03

期

随着我国经济建设的逐渐深入，我国汽车行业的发展速度越来越快，人们生活水平的大幅提高也使得人们对汽车内部车载设备的要求越来越高。由于汽车上面所涉及到的电子设备种类繁多，开关复杂，例如汽车上面装备有具有自动功能的感性负载，如雨刮器、电动车窗、电喇叭、感性线圈等等，这些电子设备在断电的瞬间都会产生很高的感应电动势，这种瞬间作用的感应电动势会直接作用到一些与蓄电池并联的器件上，从而造成电源串扰、瞬变过压等问题，以至于导致电子元件的故障破坏。因而，根据上述这些汽车电系的特点，普通的过压、过载保护已经难以适应要求，并且随着集成电路制造技术的逐渐成熟，车载电子设备正逐步朝着体积缩小化，重量减轻化，功率减小化的趋势发展，传统的电源也渐渐不能满足要求。同时，开关电源的出现以其独有的优势逐渐被广泛采用，尤其是在一些耗电量比较敏感的便携式电子设备中，基本都能见到开关电源的身影。而本文分别从12V 汽油车车载系统和24V 柴油车车载系统两种类型对电源设计进行简要阐述。1.汽车车载系统电源概况

1.1蓄电池主要作用1.1.1在发电机电压低或不发电(发动机处于怠速、停转状态)时，向车载用电设备供电。1.1.2当汽车上同时启用的用电设备功率超过了发电机的额定功率时，协助发电机供电。1.1.3在其存电不足及发电机负载不多时，将发电机的电能转换为化学能储存起来。1.1.4蓄电池相当于一个大电容，可以吸收电路中的瞬变电压脉冲，对汽车上的电气设备及电子元件起到了保护作用。1.1.5对汽车电子控制系统来说，蓄电池也是电子控制装置内存的不间断电源。1.2汽车车载系统对电源的要求1.

2.1要求蓄电池的内阻要小，大电流输出时的电压稳定，以保证有良好的起动性能。1.2.2要求蓄电池的充电性能良好、使用寿命长、维护方便或少维护，以满足汽车使用性能要求。1.2.3要求发电机在发动机转速变化范围内都能正常发电且电压稳定，以满足用电设备的用电需求1.2.4要求发电机的体积小、重量轻、故障率低、发电效率高、使用寿命长等，以确保汽车使用性能要求。2.汽车车载系统电源设计

2.112V 汽油车车载系统电源设计2.1.1分布式系统结构车载电源管理系统中，12v 稳压控制模块可用作12V 可控稳定电压和12V 常通电源。在这电源系统中，常通稳定电源主要功能是给一些车载电器进行供电，譬如仪表盘的时钟，某些需要供电的内存等等，汽车处于行驶状态下时，ECU 数字电路的电力主要来源于12v 可控稳定电压。另外，霍尔电流传感器的使用能够有效实现对蓄电池充电、放电过程的监视，并能大概估计出蓄电池的SOC 值。总体而言，汽车的电源管理系统中供应电能的形式主要是以电源通道的形式进行，其中，在每一个通道之内，都应该设计一个配套的智能继电器实现对其的有效控制。2.1.2基于智能继电器的电源通道设计所谓的“电源通道”，就是一种具有控制电流以及能够保护过电流的电能传输通道。而随着智能继电器在车载电源系统中的应用，电源通道的电流保护和电流控制等功能在某种程度上得到了有效的强化。目前，随着科技的发展，汽车电源系统中，传统的继电器已经渐渐难以满足对电流的有效控制，因而我们引入了模拟半导体功率器件（如IGBT 、MOS 场效应晶体管等等）。实际上，有些半导体功率器件甚至还能实现过热、过压和过电流等方面的保护功能，但由于其内部导通电阻相对较大，所产生的焦耳效应会伴随着大量的热量散失，所以，模拟半导体功率器件在车载大直流电源开关控制方面的应用目前还难以真正实现。因而，本设计所选用的是一种普通车载继电器，设计过程中，为辅助其运行，还特别设计了一个单片机控制系统，这一系统中主要包括电流检测电路、电压检测电路以及初级线圈驱动电路，当然，还有连接车载总线通信的总线接口。该设计结构中，为了保证智能继电器能够实现对检测电路上电流的实时保护，以及对总线电流大小形成过载保护，我们通常会在检测电路中设置低通运算和霍尔传感器两大部分来对电路进行放大。智能继电器主要是通过LIN 总线的设计保证与车载网络之间实现信息交换，而普通继电器的主要功能就是要一定限度内的过载电流确保分断，而如果是短路状况下形成的大电流，该继电器则难以发挥作用。正是因此，在短路保护结构设计中，往往还需要设置相关的短路保护器件，例如自恢复熔丝等等。2.224V 柴油车车载电源设计2.2.1正电源设计通过采用开关电源稳压转换器，在输入端接入24V 直流，使得输出端输出5V 直流。作为所输入直流电源的载体，供电线路设计上还需要设置滤波电路。为了保护电源芯片，防止电源接反和电源过压等情况的发生，往往要通过加二极管进行控制，输入端和输出端的电容是滤波电容，则在输出端要加上发光二极管DS1进行+5V 电源指示。2.2.2负电源设计一般情况下，通过采用开关电源转换器ICL7660AM JA ，能够容易实现-5V 电源。ICL7660的工作温度范围在-55℃至+125℃之间，输入电压范围在1.5V 至10V 之间，设计过程中，通过使用CMOS 工艺所制成的小功率、高效率的低压直流转换器，一方面可以保证由单电源到对称输出双电源转换的顺利进行，另一方面还能保证倍压和多倍压的输出。结语：未来，随着汽车逐渐成为大众商品，人们对汽车的设计要求不仅仅在于行驶功能，更多的在于内部舒适度、便捷度等各方面的功能指数，因而对于车载系统的研究迫在眉睫。汽车企业只有不断深入研究汽车车载系统的电源设计理论，并不断优化

种电子设备的使用，才能在激烈的竞争中取得领先优势参考文献：[1]陈广洋,陆奎.基于STC 单片机的智能车载电源管理器设计[J].微型电脑应用.2009(01)[2]张新丰,杨殿阁,薛雯,陆良,连小珉.车载电源管理系统设计[J].电工技术学报.2009(05)[3]肖宁,吕盼稂,王余涛,竺长安.基于TEF6606车载收音机模块设计[J].微型机与应用.2010(08)作者简介：刘娟,女,汉,1979年10月出生,籍贯:湖南长沙，助教，湖南大学电气工程专业毕业，专业方向:汽车机电。汽车车载系统的电源设计浅析

刘娟(长沙职业技术学院南院汽车工程系410111)

【摘要】随着我国汽车行业的高速发展,车载系统在汽车上的应用越来越频繁,许多车载产品,例如车载电视、车载点烟器在方便人们的生活之余,也逐渐成为人们汽车旅途上不可缺乏必需品之一。而车载系统中通常包括单片机和其他芯片,往往系统性能的好坏很大程度上都是由供电品质的好坏决定,因此,本文根据笔者的个人经验,主要就汽车车载系统的电源设计方面进行了简要介绍。

【关键词】汽车;车载系统;电源设计

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◇电源与电流◇5