汽車制造商長期以來利用電子設備來增強其車輛。分析師Databeans報告說，近年來車輛中的半導體內容一直以兩位數的速度增長，現在已達到每輛車大約350美元。

盡管現代汽車是一個充滿挑戰的環境，但電子內容的增加仍然存在。硅。此外，除了正常運行的熱量，振動和污垢之外，駕駛員還希望車輛的發動機管理單元和照明能夠恢復生機，即使車輛的電源與內燃機的啟動要求相悖（“冷啟動” “）。除了由電池供電的任何安全系統之外，駕駛員認為這是理所當然的，但是必須準備好在點火鑰匙被轉動或按下啟動按鈕的瞬間工作。

問題是在寒冷的溫度下成倍增加諸如增加內部電池電阻和發動機粘性潤滑劑的額外起動負載等因素。更糟糕的是，許多現代汽車需要比舊式汽車更頻繁的冷啟動，因為每次汽車停止時，它們的發動機會自動停止作為經濟措施。

本文探討了冷啟動過程中對電子設備的要求。了解一些主要芯片供應商如何利用其最新產品應對挑戰。

冷啟動的要求

傳統汽車中的標準電源通常是由六個構造的鉛酸電池2.1 V串聯電池，提供12 V標稱電壓（實際為12.6 V）。在正常運行中，車輛的電池電壓通常在9到16 V之間變化。1

在冷啟動期間電壓的變化甚至更大。冷啟動描述了從寒冷條件（或至少在低于正常運行條件的溫度下）啟動車輛發動機的動作。在冷啟動期間，電池是旋轉啟動馬達的唯一動力源，其反過來使發動機逆著氣缸壓縮，摩擦和粘性潤滑劑的阻力旋轉。發動機在點火之前需要達到80到200 rpm之間。

冷啟動安培（CCA）定義了電池在0°F（-18°C）時可以提供的電流。額定值指定為當前鉛酸電池在該溫度下可以提供30秒，同時每個電池保持至少1.2 V（12 V電池為7.2 V）。新的充滿電的鉛酸電池的典型值在400到500A的范圍內。電池的CCA取決于諸如充電狀態，年齡和充電周期數等因素。沒有傳統的汽車電池可以立即達到其額定CCA。事情需要一些時間來熱身。圖1顯示了冷啟動下的典型電池配置文件。

圖1：冷啟動下的汽車電池電壓曲線（由德州儀器公司提供）。

在幾毫秒內，電池電壓可降至3 V左右，并保持15 ms左右。恢復到6 V非?？欤请妷荷叩綐朔Q輸出可能需要多達20秒。2傳統上，鉛酸電池為啟動，點亮和點火（SLI）供電車輛的系統（該設備有時被稱為“SLI”電池）。一旦發動機嘀嗒一聲，交流發電機供電在13.8和14.4 V之間，為其他車輛系統供電，并為電池充電。但是，現代汽車越來越依賴電池為導航系統，娛樂等項目提供電力屏幕和儀表板即使在發動機停止時也是如此（圖2）。車輛乘員然后期望這些系統在冷啟動期間繼續運行，特別是在汽車中，其發動機在城市駕駛期間作為經濟措施自動停止，然后在駕駛員踩下油門踏板時重新啟動。

圖2：即使發動機停止，駕駛員也希望儀表板保持亮起狀態制造汽車級別

車輛中使用的半導體，特別是DC/DC電壓轉換器（“穩壓器”）等功率芯片，必須設計成能夠承受冷啟動典型的寬電壓輸入變化，并且受到極端影響溫度范圍，振動和污垢。幸運的是，主要的芯片供應商意識到汽車行業可以產生的大批量訂單，提供了一系列專門針對該市場的產品。

這些產品中的許多都符合AEC-Q100，這是一套由AEC-Q100定義的可靠性壓力測試。汽車電子委員會的目的是為汽車應用IC提供資格。

產品從4級到0級分為四類：機械應力（熱和壓力測試），電壓偏置應力，晶須生長評估和功率循環。某些制造商，例如凌力爾特公司，進行額外的器件級和封裝級壓力測試。該公司表示，它的汽車級元件還要經受液 - 液熱沖擊，瞬間焊接沖擊和100％氧化應力測試。3

凌力爾特提供的組件包括LT3507，三通道降壓穩壓器采用38引腳，5 x 7 mm QFN封裝。一個通道能夠提供高達2.4 A的輸出電流，而另外兩個可提供1.5 A的電流。該公司表示，該器件的4至36 V寬輸入范圍使其成為調節各種電源（包括汽車）電源的理想選擇。電池。在車輛應用中，該公司稱LT3507的最小輸入電壓為4 V，使其能夠在冷啟動條件下工作。

德州儀器（TI）提供大量汽車級功率芯片。該公司的典型產品系列是LM5088（圖3）。該器件是一種非同步，降壓（“降壓”）開關電壓調節器。該公司稱該器件是AEC-Q100 1級合格的汽車級產品，具有-40°至+ 125°C的工作結溫。

圖3：TI的LM5088是AEC -Q100 1級合格。

LM5088的輸入電壓范圍為4.5至75 V，可提供8.3至13 V.該公司表示，使用仿真控制斜坡可降低脈沖寬度調制（PWM）的噪聲靈敏度電路，可以可靠地控制高輸入/低輸出電壓應用中所需的非常小的占空比。 LM5088開關頻率可在50 kHz至1 MHz范圍內編程。通過在輸入端使用橋式整流器和高價值鋁電解電容器，當輸入電壓降至4.5 V以下時，在冷啟動操作的短時間內可確保連續工作。

同樣，意法半導體提供一系列AEC -Q100-“Q Automotive”系列中的合格元件。 A5973D是一款開關穩壓器，最小開關電流限制為2.25 A，因此可根據應用條件向負載提供最多2個ADC。輸出電壓可設置為1.235至35 V.內部振蕩器將開關頻率固定為250 kHz。該公司表示，A5973D的最小輸入電壓為4 V（最大36 V），適用于即使在冷啟動期間也需要工作的汽車應用。

低輸入電壓容限

現代的獨特工作條件車輛為增加的硅量提供了具有挑戰性的環境。電壓變化，特別是在冷啟動下，對于敏感芯片來說是一個特別棘手的問題。

開關電壓轉換器的主要制造商已經通過引入一系列功率芯片來緩解這個問題，這些芯片能夠在很寬的范圍內調節電源規格。輸入電壓特別是，這些器件即使在鉛酸電池提供的低輸入電壓下也能夠繼續令人滿意的操作，以應對啟動冷發動機的壓力。