什么电源能够提高汽车的燃油经济性？

人们对汽车的环保性能和安全舒适性的要求越来越高，随着机电一体化，人们也越来越依赖电子技术。数字原件增多导致电源电压下降，元件电流升高，工程师又加快了汽车电子设计的步伐。然而燃油经济的损耗同样要求工程师降低电源模块功耗，减小静态电流，提升能效，工程师面临着双重挑战。

电源能效

尽量提升电源能效一直是设计的一个核心目标。从热力学角度来讲，现实世界的能量转移并不完美，由于散热和其他系统损耗等因素，输入功率永远不可能等于输出功率。这由电源能效来衡量，也就是输出功率除以输入功率的比值。

我们假定线性稳压器和开关电源都有2.5W的额定功率，以及5V输出电压和0.5A输出电流，那么线性稳压器需要6 W的输入功率（损失的3.5 W归咎于稳压器散热），能效为41%，而开关式稳压器仅需2.8 W的输入功率，能效高达90%。

因此，开关方案提供比线性方案更高的能效。对设计师来说，了解从线性方案迈向开关方案的设计考量及其对设计的影响是很有必要的。

开关电源设计考量

根据开关电源的工作原理，通过导通和关断的开关状态对输入电压进行增加/减小/逆变的脉冲调制，这是优于线性方案只能减小输入电平的又一优势。然而，开关方案也有很多弊端，由于其复杂的反馈回路，外部元件较线性方案多且需要更多的PCB面积，再加上开关的性质导致其除噪性能差。

为减轻开关电源弊端，系统设计师需作以下考量：

(一) 电磁干扰

减少回路面积，优化PCB布局，从而减弱电路间的干扰；

避免由稳压器和系统环境产生的敏感频段；

采用扩频调制技术、决定光谱含量和去耦方案降低排放峰值。

(二) 外部元件数量

集成的电源开关可减小布线尺寸，功耗比板外电源开关更低，且更易于设计。

(三) PCB面积

减小电感和电容的尺寸，所占PCB面积得以减小，且开关频率增加，使能效得以提升，同时减弱PCB电磁辐射和电磁干扰。但需注意尽量使导通和开关损耗最小化，降低噪声。

(四) 反馈回路设计

为匹配输出阻抗的后稳压器选择合适的负输入电阻以避免振荡，达到稳压输出的目的；

有效使用仿真工具以了解频域中的频率补偿；频率补偿可通过选择单极响应控制方案来实现。

(五) 瞬态电流

将线性稳压器和开关电源并联，可减小瞬态电流，称为混合开关电源；且可根据线路负载情况，以恒定的开和关条件进行脉冲频率调制。

汽车系统电源拓扑结构演变

工程师须视具体的应用为汽车系统选择合适的电源管理设计方案。