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汽車系統的USB供電

2017-05-18
關鍵詞: 汽車系統 USB

  USB Type-C新標準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,從而實現以前無法實現的功能。手機、平板電腦和筆記本電腦等便攜式設備將能夠更快地充電。顯示器等高功率設備將能夠通過相同的電纜獲得電源和數據。

  器件和主機的數量仍然相對較少,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。

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

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  汽車系統將對輸入使用保護和/或調節,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,因此降壓轉換器可以創建充電或通信端口。然而,在起動條件下,USB Type-A系統不起作用。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,為負載提供適當的電壓是一個真正存在的問題。

  簡單的降壓轉換器不再能夠執行電源轉換。在特定的輸入和輸出電壓范圍內,一個簡單的升壓轉換器也不夠。汽車系統設計人員需要一臺可以根據工況降壓或升壓的轉換器。

  一些拓撲結構符合這些標準,包括單端初級電感轉換器(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或四開關的選項。圖1所示為每個拓撲的簡化原理圖。

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

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  汽車環境中的許多應用可以從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。

  · 從便攜式設備充電和接受數據的信息娛樂端口。

  · 信息娛樂輸出端口——例如,連接到車輛后部監視器并通過同一根電纜提供電源和數據的端口。

  · 可從汽車提供電源和數據的診斷端口。

  USB Type-C尚未應用于車輛,但很快就會得到應用。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計來說,四開關降壓-升壓法可以提供一個非常有吸引力的解決方案。在汽車環境中通過USB 供電的應用數量只會增加不會減少,這意味著電源設計的機遇將會更加多元。


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