為了限制油耗,，一些汽車制造商在其新一代車型中應(yīng)用了“啟動/停止”(Start/Stop)功能,。當(dāng)汽車停下來時，這些創(chuàng)新的新系統(tǒng)關(guān)閉發(fā)動機(jī),；而當(dāng)駕駛?cè)说哪_從剎車踏板移向油門踏板時,，就自動重新啟動發(fā)動機(jī),。這就幫助降低市區(qū)駕車及停停走走式的交通繁忙期時的油耗。
但這樣的系統(tǒng)為汽車電子帶來了一些獨(dú)特的工程挑戰(zhàn),，因?yàn)楫?dāng)發(fā)動機(jī)重新啟動時,，電池電壓可能降到6.0 V甚至更低,。此外，典型電子模塊包含反極性二極管,，用以在汽車跳接啟動(jump started)而跳接線纜反向的事件中保護(hù)電子電路。二極管導(dǎo)致電池電壓又下降0.7 V,，使下游電路的電壓僅為5.3 V或更低,。由于許多模塊仍要求5 V供電，此時電源就沒有足夠的余量來恰當(dāng)工作,。
一種解決途徑是采用升壓電源,。升壓電源接受較低的輸入電壓，并在輸出端產(chǎn)生較高的電壓,。目前供應(yīng)商正在電子模塊的前端使用某種類型的升壓電源,，使其能夠在由啟動/停止系統(tǒng)導(dǎo)致的壓降條件下恰當(dāng)工作。下文將審視設(shè)計(jì)人員可用于這些啟動/停止系統(tǒng)的不同方案,，包括低壓降(LDO)穩(wěn)壓器,、電池反向保護(hù)方案，以及各種升壓選擇,。
就像大多數(shù)工程問題一樣,，解決問題的方法也是多種多樣。如果電池電壓在輸入端僅降至6 V,，那么,，首選及最簡單的方案就是探尋僅要求<0.3 V余量的極低壓降線性穩(wěn)壓器。這種方案適用于電流要求較低的模塊,，但對于需要更大電流的模塊而言,，設(shè)計(jì)人員就需要更多的選擇了。
另一種方案是以肖特基二極管或P溝道MOSFET替代用于在前端進(jìn)行電池反向保護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)P-N結(jié)二極管,。蕭特基二極管的正向壓降約為標(biāo)準(zhǔn)整流器的一半,，因此，它增添了零點(diǎn)幾伏的電壓余量,。改用肖特基二極管足夠簡單直接,，因?yàn)樗ǔＧ『眠m用于跟標(biāo)準(zhǔn)二極管一樣的PCB焊盤，無須變更布線,。但P溝道MOSFET(簡稱P-FET)要求變更PCB,，還要求一些額外電路。
圖1：采用P溝道MOSFET提供電池反向保護(hù)
圖1顯示了要求使用的3個元件,，包括P-FET,、齊納二極管及電阻。需要選擇恰當(dāng)大小的P-FET,，使其可以處理施加在模塊輸入端的電壓,，以及所要求的負(fù)載電流,。此外，顧及系統(tǒng)散熱要求很重要,，因?yàn)镕ET的功率耗散等于電流的平方乘以FET的導(dǎo)通電阻,。齊納二極管保護(hù)MOSFET的柵極氧化物免受由過壓條件導(dǎo)致的操作。大多數(shù)P-FET的柵極至源極連接能夠處理15至20 V電壓,，故齊納二極管必須設(shè)定為在此點(diǎn)之前鉗位,。電阻將柵極下拉至地電平以導(dǎo)通P-FET，但也必須恰當(dāng)選擇電阻的大小,。電阻的阻抗不能太低,，因?yàn)樽杩固偷那闆r下會讓過大電流渡過齊納二極管，因而滋生齊納二極管的功率耗散問題,。然而,，如果電阻的阻抗太大，在此情況下P-FET的導(dǎo)通可能不會如所傾向般牢靠,，而這方案的構(gòu)思是希望降低由漏極至源極兩端的電壓,。
很可能的情況是，上述某種方案,，或是某些方案的組合,，將適合給定應(yīng)用。但如果輸入電壓實(shí)際降到5 V以下,，會發(fā)生什么情況,？某些制造商在審視冷車啟動(cold cranking)條件下輸入電壓會否降至4.5 V。三種最常見的開關(guān)穩(wěn)壓器就是升壓電壓電源,、降壓/升壓電源以及單端初級電感轉(zhuǎn)換器(SEPIC)電源,。
圖2：不同升壓電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
升壓電源使用1個電感、1個N溝道MOSFET(即N-FET),、1個二極管及1個電容,。它的設(shè)計(jì)最簡單，但也有一些缺點(diǎn),。如果輸出短路,，就沒有辦法來保護(hù)它，因?yàn)檩斎肱c輸出之間存在直接通道,。此外,，當(dāng)輸入電壓上升至高于輸出電壓設(shè)定點(diǎn)時，就沒有辦法來避免輸出電壓也上升,，因?yàn)檩斎腚妷簳『媒?jīng)過電感和二極管,，到達(dá)輸出。
例如，汽車中的大多數(shù)模塊必須通過負(fù)載突降(load dump)測試,。此測試產(chǎn)生電壓尖峰(voltage spike),，并且施加在輸入電壓上。在升壓電源中,，此電壓尖峰會傳播至輸出,。因此，如果40 V尖峰沿著線路傳播,，任何連接至輸出電壓的電路都必須能夠處理這樣高的電壓,。
另一種可能的開關(guān)穩(wěn)壓器選擇就是非反向(non-inverting)降壓/升壓設(shè)計(jì)。此設(shè)計(jì)僅使用1個電感和1個電容,，但要求使用2個開關(guān)和2個二極管。但此方案確實(shí)使設(shè)計(jì)人員能夠在輸入電壓升高至高于輸出電壓時避免輸出電壓上升,。它還能夠使用第一個開關(guān)(FET1)開路來提供輸出短路保護(hù),。此設(shè)計(jì)的不足就在于其能效，因?yàn)樾枰櫦?個二極管及2個開關(guān)的損耗問題,。
SEPIC設(shè)計(jì)在布線方面與直接升壓轉(zhuǎn)換器非常類似,，不同的是這種設(shè)計(jì)增加了1個接發(fā)電感及1個DC阻斷電容。這種設(shè)計(jì)不利的一面就是又增加了1個電感和1個電容,，但有利的一面是,，不再存在跟輸出短路的相關(guān)問題，因?yàn)镈C阻斷電容此時已與輸出串行連接,。這樣一來,，輸出不再受輸入電壓影響，所以它可以低于或高于輸入電壓,。
需要指出的是,，盡管上面已經(jīng)列舉了所有開關(guān)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，但仍然需要電池反向保護(hù)方案,，因?yàn)榉聪螂娏骺赡芙?jīng)由FET背部的體二極管(body diode)從地電平流至輸入電壓,。
總而言之，在啟動/停止交流發(fā)電機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面,，要顧及的問題有很多,。本文僅探討了電子模塊的電源問題，但也還有其它問題需要予以應(yīng)對,。例如,，在電壓下降時，內(nèi)部照明及外部照明都會變暗,。內(nèi)部照明閃爍問題也很惱人卻又并非至關(guān)重要,，而剎車燈及前照燈影響安全性，因此電源需要使這些汽車內(nèi)/外照明維持亮度并持續(xù)工作。有利的是,，如今市場上有解決這些問題的方案,。