引言

早期的汽车只有电子时钟是属于必须长期开启的电予零件。但多年来，汽车不断添加新的电于装置并引进新的技术，因此，必须长期开启的电子系统不断增加。目前，先进的驾驶员信息系统以及娱乐、远程信息系统已成为豪华轿车的标准配置。这些系统必须长期开启，以确保汽车闲置不用时，其中的数据不会丢失。

设计汽车电子系统的工程师必须留意汽车电子系统的功耗，尤其是负载极低但必须长期开启的电子系统，并确保这类系统的累加功耗可以减至最少。

长期开启的电子系统

虽然本文主要讨论汽车电子系统，但市场上许多其他电子装置也需要配备长期开启的功能，例如利用电池供电的电子装置，其中包括便携式医疗设备(例如胰岛素输送泵)或配备后备电池的机顶盒，便属于这类必须长期开启的电子设备。

上述电子装置都有一个共通点，那就是：系统即使已转用待机模式，仍需继续执行一些基本的功能。轻载系统的效率越高，电池的寿命便越长。

由于待机时间要进一步延长，因此耗电量也随着增加，尤其是采用全功率工作模式时，系统的耗电量大增。因此，这类系统的待机模式及全功率工作模式一般都会从不同的供电干线分别获得供电。换言之，即使不同干线的供电电压完全相同，电源管理系统的设计也会各不相同。

让负载范围较广的系统发挥更高的效率

一直以来，长期开启的5v电源都采用静态电流(iq)极低的线性低压降稳压器。为了满足低电压工作的要求，越来越多的厂商纷纷调低其产品的工作电压。长期开启的供电系统也必须顺应这个潮流。

许多供电系统已采用低至3.3v的电压，估计在不久的将来，这类低压供电系统会越趋普及，而供电电压很有可能进一步降低至2.5v或以下。但由于系统所需的整体供电量不断上升，因此，负载电流不降反升。正因如此，低压降稳压器很多时候无法满足要求。由于低压降稳压器的效率极低，因此负载电流越高，功率耗散也就越大，令低压降稳压器面临越来越大的挑战。

无论输出电流有多少，低压降稳压器的最高效率都不会超过27.5％(输入电压12v，输出电压3.3v，最高效率：3.3v／12v=27.5％)。这一公式并未将低压降稳压器的供电电流计算在内。若将此一并计算，实际的效率会更低。

目前，很多低静态电流低压降稳压器都可参照负载电流的大小来调节偏置电流。例如，若负载电流较低，偏置电流便会降至最低，以确保最高效率，但这样会减慢稳压速度。若负载相当高，稳压器便会提高偏置电流，以确保理想的负载瞬态响应。

由于系统的整体设计越趋复杂，低静态电流供电系统为不同负载提供的总电流量便持续上升，这是一个无法避免的趋势。 此外，市场上虽然有许多低静态电流、高输入电压的低压降稳压器解决方案，但大部分方案的最高输出电流都不超过100ma。即使这些解决方案可以提供较高的输出电流，系统功耗也随之增加，使问题变得更为复杂。

开关稳压器解决方案

要解决上述问题，可以考虑采用开关式电源解决方案，这样可以解决高输出电流的效率问题。但即使解决了旧问题，新的问题又会出现，例如轻载的设计会产生许多其他问题。大部分采用开关式电源解决方案的汽车电子系统都采用开关频率同定不变的pwm控制设计。

pwm控制方法的主要优点是电磁兼容性(emc)的表现较容易准确预测，而且需要时可以按照设定的开关频率优化所有滤波功能。但pwm模式也有其局限，例如在轻载的情况下，效率不理想。

脉冲频率调制模式

另一种解决方案是采用脉冲频率调制(pfm)的控制方法，其特点是开关频率可以随负载电流而改变。换言之，负载电流越低，开关频率也就越低，这样可大幅减少轻载电流所产生的开关损耗。

此外，开关稳压器的功耗也会减少，因为这种稳压器的电路设计较为简单，而体积也较小。系统也可以在更宽的负载范围内发挥更高的效率，但负载若降至接近最低的极限，以致电流低于1ma，效率便未必这么理想。另一个缺点是由于开关频率并不固定，电磁兼容性的表现便较难预测，甚至需要投入更多资源改善设计。因此，汽车电子系统很少采用这种解决方案。

磁滞控制

利用磁滞进行控制是另一种较为可行的解决方案。像pfm模式一样，即使在轻载的工作情况下，系统也可调节开关频率，例如频率会随着负载的减少而下降。因此，负载越低，效率越高，这是它的优点。

但在高负载工作情况下，系统的开关频率则取决于不同的元件参数及工作情况。例如，输入电压、负载电流、电感值、输出电容器以及等效串联电阻对开关频率都有很大的影响。 上述参数的数值大部分都会随着温度的变化而变动。若将这些因素加在一起，开关频率及电磁兼容性的表现会变得更难预测。

脉冲模式

只具有脉冲模式的开关稳压器则采用另一种极为简单的控制方法，这个方案的占空比很固定。换言之，开关频率是恒定的，而且稳压器可在较宽的负载范围内保持较高的效率。