近年來，許多汽車機械功能已被電子電路取代或修改。一個結果是每輛車的微控制器數量迅速增加，導致汽車電池消耗的總電流也類似增加。只要汽車電機運行并且交流發電機正常運行，這種功耗就不是問題。

然而，當您關閉電機時，汽車電池必須立即提供各種子系統所需的所有電流：擋風玻璃雨刮片電機、車窗升降器、收音機/CD 播放器/立體聲音響，以及現在大多數汽車中的任何“舒適電子系統”。即使所有乘客都離開了汽車，許多系統也會消耗一個保活電流，以便在下次需要服務時準備好喚醒。為了盡可能保持這些靜態電流，需要具有低靜態電流的線性穩壓器以及線性和開關模式穩壓器的組合。本文討論了最小化靜態電流的問題，并介紹了一些解決方案。

交流發電機提供充足的電力

典型的汽車交流發電機可以提供約3000W的功率。假設輸出為14V，則允許電流消耗超過200A。即使空調完全打開，汽車收音機在迪斯科舞廳水平播放，交流發電機的容量也可以提供車內任何電氣負載組合。沒有人需要擔心靜態電流。但是，當電機關閉時會發生什么？

汽車電池可以提供所需的所有電力 - 一段時間！普通汽車電池的關鍵規格是其容量，以安培小時 （Ah） 為單位。對于緊湊型汽車，典型的電池提供約50Ah。從理論上講，這意味著您可以繪制 1A 50 小時。電流加倍可將時間縮短到一半。例如，啟動汽車需要幾百安培，但時間很短。假設啟動期間的平均電流消耗為 300A，在耗盡電池之前，您應該有十分鐘的時間啟動發動機。

另一個例子是照明。通常，一輛汽車有兩個 50W 的前燈泡和兩個 20W 的后燈泡。它們總共消耗約140W。如果您在離開汽車時忘記關閉它們，它們將從平均 11.5V 系統吸收約 12A 電流。假設電池已充滿電，您應該有四個小時的時間才能自動熄滅燈！在實踐中，燈會比這更早熄滅，您也沒有上面提到的十分鐘來啟動發動機。

典型的汽車電池只有 36Ah 到 100Ah 的容量，具體取決于汽車尺寸和類型。幾種影響會降低汽車電池的可用容量。例如，較冷的外部溫度會減緩內部化學反應。在-20°C時，只有原始容量的一半可用。 舊式汽車電池的可用容量較少，并且反復短距離行駛的汽車中的電池（如在城鎮中跑腿）的電池比主要用于長途駕駛的汽車的放電速度要快得多。（通常，汽車必須行駛至少半小時才能充滿電。對于一輛僅將電池反復放電的汽車來說，充電周期數約為 500%。因此，短途旅行會更快地耗盡電池并縮短其使用壽命。您應該期望每五年更換一次汽車電池。

始終在線功能始終消耗電量

想象一下，一個寒冷的冬天，溫度一次低于零度數周。您駕駛主要用于城市駕駛的4歲汽車前往機場，在那里您可以逃離溫暖而陽光明媚的3周假期。回來后，汽車可能無法啟動！它的容量已經減少，不僅是城市駕駛、停車時間和寒冷的溫度。其他隱藏的能源竊賊一直在工作。現代汽車中的常亮功能會持續消耗電池電流：防盜保護、報警系統、無鑰匙進入接收器和輪胎壓力測量系統，僅舉幾例。此外，CAN總線上的某些節點不斷“偵聽”總線，因此它們可以在需要支持時立即喚醒。

根據制造商和此類節點的總數，所有這些單獨的小靜態電流的總和可以達到幾毫安，或者可能高達來自電池的100mA連續電流。現在，再考慮一下機場的汽車：寒冷的天氣，城市交通和年齡可能已經將可用容量降低到其標稱值的一半。因此，當汽車停放時，電池只剩下 25Ah。給定僅25mA的連續靜態電流，21天內損失的容量為12.6Ah。由于該量在電池停放時從電池中取出，因此電池容量的剩余部分將減少到原始值的四分之一。由此產生的容量可能不足以啟動冷電機！

注意：高壓

為了應對電池容量降低或耗盡的問題，汽車電子系統（即使是那些沒有始終開啟或待機模式的系統）也需要電源選項，以最大限度地降低其靜態電流。用CMOS制成的小型線性穩壓器似乎是一個好主意，因為一些這樣的器件確實消耗很少的靜態電流。例如，MAX1725僅消耗2μA電流。 然而，不幸的是，電源還必須具有較寬的輸入電壓范圍，以處理所謂的拋負載脈沖，突負載脈沖是由于交流發電機運行時斷開電池連接而引起的短暫但嚴重的過壓。

由于交流發電機的控制環路不夠快，無法閉合，因此當電池電壓被移除時，它會產生高輸出電壓脈沖。這種高能脈沖通常在汽車的某個中心位置被箝位到較低的電壓，但汽車制造商也向其供應商指定其電源輸入端的剩余過電壓。該規格因汽車制造商而異，但汽車的典型峰值為36V，卡車的典型峰值為58V。有些值甚至更高。典型拋負載脈沖的持續時間為零點幾秒（圖 1）。

圖1.這種典型的拋負載過壓脈沖在汽車中達到36V的最大幅度（Vs），在卡車中達到58V。它的持續時間（td）是幾百毫秒。

功耗和溫度

這些高輸入電壓電平將我們直接引導到下一個要考慮的點。線性穩壓器不僅必須承受規定的過壓，而且在低輸出電壓下提供高負載電流時還必須耗散相當大的功率。在負載為 13mA 的情況下，將汽車的典型 5V 輸入轉換為 50V 可能并不重要，功耗僅為 400mW，并且剛好在標準 SO8 封裝的最大額定值范圍內。然而，在上述過壓條件下，36V時的功耗水平增加到1.5W以上。

所有封裝的功耗能力都會隨著溫度的升高而降低，因此在較高溫度下，功耗量可能會成為問題。采用常規 SO8 封裝的穩壓器 IC 會很快進入熱關斷狀態。調節器在冷卻后會存活并恢復運行，但這無濟于事，因為我們需要保持功能存活。汽車線性穩壓器需要能夠實現高功率耗散的先進封裝。

MAX5084等標準汽車線性穩壓器設計工作在汽車級溫度范圍。它具有 65V 輸入范圍、50μA 典型靜態電流和 200mA 的保證輸出電流。其帶裸焊盤的 6 引腳 TDFN 封裝在 +1°C 時能夠實現 9.70W 的連續功耗，但（與所有封裝一樣）在較高溫度下，這種功耗會降低（圖 2）。在 +125°C 時，該封裝在室溫下仍能夠比標準 SO8 封裝消耗更多的功率。其他器件特性包括直接在負載上控制輸出電壓的開爾文檢測選項、用于設置標準 3.3V 和 5V 以外輸出電壓的 SET 引腳以及使能功能。如果不需要待機功能，則可以禁用將典型電源電流降至 6μA 的器件。

圖2.這款小巧但功能強大的汽車線性穩壓器采用 6 引腳 TDFN 封裝，功耗高達 1.9W。在允許的最高環境溫度（+125°C）下，它可以耗散600mW。

盡可能低的靜態電流，實現始終接通功能

遙控無鑰匙進入 （RKE） 系統（圖 3）的接收器必須始終處于活動狀態，以便隨時可以在鑰匙中檢測到遙控器發出的命令。您無法禁用RKE接收器的電源，因此其電路應消耗盡可能低的靜態電流，尤其是在待機模式下。然后，它必須在喚醒后立即提供正常工作電流。

圖3.典型的RKE系統由車載側和鑰匙安裝側組成。由于汽車的電源塊直接連接到電池，因此其靜態電流必須很低。

因此，我們必須優化電源模塊（左上角），以最小化靜態電流。除了低靜態電流外，對內部線性穩壓器的要求也不是很嚴格。它必須僅提供輸入、輸出和接地引腳。不需要關斷和使能功能，因為接收器始終通電。但是，我們必須仔細觀察它設置輸出電壓的方式。許多線性穩壓器使用外部電阻分壓器設置輸出電壓，但對于此應用來說，這可能不是一個好主意。請考慮以下方案。

MAX1470 RF接收器工作在3.3V電源。為了確保其低靜態電流，我們不能允許電阻分壓器中存在較大的偏置電流。對于2μA的最大電流，分壓器電阻必須不小于1.65MΩ。該值可用于片式電阻器，但高值還有其他缺點。它們使分壓器對可能影響線性穩壓器輸出電壓的失真敏感。

使用外部電阻分壓器的另一個主要反對意見是，汽車制造商預計由油、污垢、灰塵、蒸發塑料和其他顆粒在PCB上形成的寄生污垢層會長期沉積。因此，分壓器的高阻抗往往會隨著時間的推移而降低，因為寄生層會形成并聯電阻。這種污染的直接后果是輸出電壓緩慢但連續的變化，以及穩定增加的靜態電流。因此，首選包含內分壓器的固定輸出線性穩壓器。

考慮到這些因素，MAX15006線性穩壓器是一個不錯的選擇（圖4）。其小型 6 引腳 TDFN 封裝能夠耗散 1.5W，并具有 3.3V 或 5V 的固定輸出電壓（可根據要求提供其他電壓）。MAX15006的輸入電壓范圍（至40V，最大值）允許直接連接到汽車電池，但主要優點是超低的空載靜態電流（典型值為9.5μA）。對于一個 1mA 負載，汽車溫度范圍內的最大靜態電流僅為 19μA，在最大負載電流為 110mA 時增加到 50μA。這種性能是可以接受的，因為在我們的例子中，MAX1470接收器的最大電源電流遠低于10mA。

圖4.這款汽車線性穩壓器需要最少的引腳和外部元件、最小的電路板空間以及 9.5μA 的最小（典型值）空載電源電流。

功耗問題

為了節省電路板空間和成本，設計人員有時避免使用開關模式電源，即使應用將線性穩壓器推到其功耗能力的邊緣也是如此。例如，考慮一個需要5V電源電壓的汽車電氣控制單元（ECU）。ECU通常包括一個微控制器、一個傳感器和一個CAN驅動器或其他總線接口設備，并連接少量模擬電路。在完全工作時，它可能吸收 150mA 的電源電流。

因此，標稱輸入電壓為13V的線性穩壓器可以耗散1.2W，在拋負載期間，該電平可以短暫上升到4W。為了處理卡車中的標稱26V電壓，穩壓器必須連續耗散超過3W。針對這些應用，另一款汽車線性穩壓器（MAX5087）設計用于高達400mA的輸出電流。它還采用更大的 8mm x 8mm 56 引腳 QFN 封裝，可將允許功耗提升至 3.8W（圖 5）。

圖5.MAX5087線性穩壓器的一個封裝選項是56引腳QFN，其最大允許功耗增加到3.8W。

對于需要“內務管理”功能的應用，最佳選擇是MAX6791線性穩壓器（圖6）。其 20 引腳 QFN 封裝可耗散 2.7W，其中一個雙通道線性穩壓器可產生第二個電源電壓：例如，微處理器為 3.3V，CAN收發器為 5V。其他特性包括具有可編程觸發窗口的看門狗、上電復位、用于監視額外電源電壓的電源故障比較器，以及用于外部功率 MOSFET 的驅動器邏輯（旨在取代體積龐大且功耗高昂的反向電流保護二極管）。

圖6.這款汽車線性穩壓器包含兩個線性穩壓器和一組“內務管理”功能。它在2°C時可耗散7.70W。

審核編輯：郭婷