电源负载突降特点和模数转换

无论是负载突降、冷车发动还是引擎罩下的高温，汽车内置电源设计都必须保证在所有条件下电源能可靠运行。在正常的稳定状态下，12V 电池系统仅在约 9V 至 18V 范围内变化，24V 系统则在约 21V 至 36V 范围内变化。然而，在负载突降瞬态条件下，可能产生超过 120V 的电压，且该电压可能持续存在数百毫秒。

当交流发电机给汽车电池充电而电气开路导致电池与交流发电机瞬间断接时，就会发生负载突降情况，这是一种非常常见的现象。在电压稳压器能够响应之前，交流发电机的全部充电电流都直接进入汽车电源总线，从而将总线电压提高到可能非常危险的水平。物理断接可能导致出现这样的瞬态现象，电池电缆连接故障或电池端子受到腐蚀也可能导致这种现象。车辆设计中的其他物理因素也值得关注。尤其是，汽车中有很长的电源线，从引擎舱中的配电箱向汽车中各个遥远的角落供电。

由于长引线的电感特性，与负载突降时产生的瞬态相比，电源线导致的瞬态电压甚至更高。尾灯电子器件安全的管理性能规格要求是必须能够承受+100V 的瞬态。这对 IC 电子器件可能是个挑战，例如用于 LED 尾灯的稳压器。此外，有几种电子系统要求连续供电，甚至在车辆电动机未运行时也需要供电，所用 DC/DC 转换器的静态电流要非常小，以在休眠模式时最大限度延长电池运行时间。在这类情况下，稳压器通常以连续开关模式运行，直到输出电流降至低于约 30mA 至 50mA 的预设定门限为止。

处理模拟传感器信号的测量系统，比如测量压力、流量、速度和温度的数据采集系统，都是需要用到模数转换器。一般而言，这些信号属于时域签名， 以脉冲或阶跃函数的形式出现。系统精度不可能高于转换器的最低有效位(LSB)大小。由于ADC不是理想的，并且分辨率有限，因此它们 在输出端只能显示有限数量的信息表示。表示的信息数量由转换 器满量程输入除以2N表示，N为转换器的理想位数。

假设选择一个12位ADC，则它可在输出端以4096个数字表 示施加于转换器输入端的任何信号。这些表示信息确实存在有限 量的误差。因此，如果12位ADC的输入满量程(VFS)为10 V p-p，那 么其理想情况下的LSB大小为2.44 mV p-p，精度为±1.22 mV。而实际上，ADC是非理想的。在转换器内部存在一定噪声，甚至直流中也有噪声。记住，1 k?电阻等效于4 nV??Hz (1 Hz带 宽，25°C)。SNR通常为大 约70 dB到72 dB。但是，根据下列公式，一个12位ADC理想情 况下应当具有74 dB：SNR (dB) = 6.02 ×?N + 1.76。

模数转换器线性度只与转换器自身有关，即取决于架构和工艺变化。有很多方法可以校正，但都很昂贵。购买更好、成本更高的转换器，或采用数字手段校正线性度。数字校正的成本也十分高昂。这意味着可能需要更多资源来指定 DSP或FPGA，因为线性度会随温度和工艺的变化而改变。根据采样速率、IF和分辨率，数字校正可能需要广泛的特性表述和查找表，以便即时校正或调节ADC的性能。