發布日期：2022-04-28 點擊率：55
作者：Robert Taylor
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。
表1 汽車系統中的典型電壓
狀態 | 電壓 | 持續時長 |
汽車未運行（標稱） | 12V | 持久 |
汽車正在運行（標稱） | 13V-14.5V | 持久 |
半拖車未運行（標稱） | 24V | 持久 |
半拖車正在運行（標稱） | 26V-29V | 持久 |
12V冷啟動 | 3V-6V | 15ms |
12V負載突降瞬變 | 87V | 400ms |
24 V負載突降瞬變 | 174V | 350ms |
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。
圖1 非反向降壓-升壓拓撲結構的簡化原理圖
這些拓撲中的每一個都包含權衡，如表2所列。
表2選擇非反向降壓-升壓拓撲結構時的權衡
狀態 | 電壓 | 持續時長 |
汽車未運行（標稱） | 12V | 持久 |
汽車正在運行（標稱） | 13V-14.5V | 持久 |
半拖車未運行（標稱） | 24V | 持久 |
半拖車正在運行（標稱） | 26V-29V | 持久 |
12V冷啟動 | 3V-6V | 15ms |
12V負載突降瞬變 | 87V | 400ms |
24 V負載突降瞬變 | 174V | 350ms |
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）。
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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其他信息
1. Singh, Atul 汽車背光LED電源負載突降和起動保護，TI應用報告（SNVA681），2015年3月。
2. 下載LM5175和LM5118數據表。
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