随时都在耗损的电力

理论上，最理想的情况是当汽车熄火后，所有的功耗随即完全停止，如此一来，电池中的电能就可以满足汽车再次发动所需要的电力。在这样的条件下，唯一导致电量耗损的就只有铅酸蓄电池的自我放电效应，但其影响程度相对而言比较少，每个月大约只有5到20%。

由于待机的要求，愈来愈多汽车中的耗电组件是不能被关闭，这些重要的组件不仅仅限于经常耗用车身电力的无钥匙门锁系统及防盗系统，还包括像是卫星导航系统、摄影系统及仪表板系统等应用。在这些应用系统中，即使在熄火的状态下，还是需要小量的稳定电流去维持内存中的数值并且维持某些逻辑状态持续运行。随着这类型的系统愈来愈多，即使在熄火的状态下，汽车电池内的电量耗用也都会大幅增加。

《图一 LM26003的电源供应器》

在熄火的状态下，汽车制造商针对不同的车用电子系统制订出不同的电流耗量分级。对于大多数的系统来说，可容忍的最大电流耗量仅为100A，这个数值是一个平均值，是汽车在过去一段长时间的平均电流消耗量。这表示某些时间内电流耗量会比较大，而某些时间内则较少。为了提供内存、时钟或传感器有足够的电流可用，汽车制造商必须尽可能以最佳的效率将12V汽车供电电压转换成这些组件所需的电压，比如是5V、3V或更低的电压。

大幅降低功耗

要克服这个设计上的挑战，可以采用内建休眠模式的开关稳压器作为解决方案，这是一个针对极低输出功率的特别操作模式。在这个模式下，开关式电源供应器的大部份功能会被关闭，并且能在重新启动的时候以最高效率的方法恢复调节输出电压。美国国家半导体的LM26003降压稳压器（如图一）便是这种解决方案的一个实例，它整合了功率FET，非常简单易用。对于低于几毫安以下的负载来说，PWM稳压器会切换成脉冲模式。在这个模式下，假如输出电压太低，稳压回路就会自动检测并通知内建的N-FET启动开关几次直到电路的输出电容器重新充满电为止，之后开关动作停止，这时的功耗会变得很低，直到负载电流再次将输出电容器进行放电为止。

需要考虑的重要事情

当需要为低负载作业设计非常低的电流耗量时，就应该采用这类型的特殊集成电路。对并非专门针对低负载作业设计的电源稳压器而言，它们在起始的静态电流相对较高，不是最佳的选择，而有些稳压器甚至必须达到最低的负载要求才可使电路正常操作。这些特性会阻碍系统在低负载下达到最低功耗的目标。除了电源稳压器外，还有两个组件可能严重影响电流耗量。一个是回馈电阻分压器R1和R2，另一个则是飞轮二极管D1。这两个组件的电流都是经由调节的输出电压所提供。

电阻分压器会消耗一些输出电流，分压器的阻抗愈大则电流耗量就愈少。可是，过大的阻抗值会导致电源稳压器的回馈接脚受到噪声的干扰。假如回馈接脚是一个高阻抗的节点，那么诸如开关噪声之类的系统噪声将会耦合到调节回路，以致输出电压得不到适当的调节。大多数的汽车制造商对于这类型节点的最高阻抗值都设有参考基准，而典型的电阻值都设定在100 kΩ到200 kΩ之间。

至于在二极管D1方面，一般大多采用萧特基(Schottky)二极管，其作用是提高切换效率、降低电磁干扰和保护电源供应集成电路的开关接脚。萧特基二极管几乎没有逆向复原效应，并可以大幅降低开关节点的震铃现象。可是对于一些低静态电流的应用来说，萧特基二极管却会带来一些泄漏电流的问题，这些电流来自于输出电压节点，并将损及低输出负载的效率。然而，漏泄电流的大小将取决于不同的萧特基二极管制造商，并且会随操作温度及逆向电压而变化。二极管的接点温度愈高，逆向电压就会愈大，而漏泄电流亦随之增加。

当设计一个很低功率的待机系统，或是选择萧特基二极管时，必须考虑二极管的漏电流问题。所幸大多数的汽车制造商都明确地标示其系统在相对低温下的24小时平均功率消耗量，因此在高温下出现的极端漏电流就显得无关紧要。

如何测量总电流耗量

要评估一个低负载的高效率系统并不容易，原因是这类型的稳压器都采脉冲模式运作以提高效率，因此当量度输入电流的时候，就需要先进行平均化。虽然某些输入电容已经进行了某些程度的均化动作，但都不足以获得一个纯净的DC输入电流。因此在进行测量的时候，必须使用精确度达到微安培层级的电流表，并且需要测量尽量多的样本以获得一个可靠的平均值。除了查阅数字多功能电表的说明书外，还应该实际拿电表去测量已知的负载以确定该测量设备的精确性，举例而言，一个已知的负载可能是连接着已知电阻的讯号产生器电压。不同的测量设备可能显示出很不同的测量结果。经过一些的研究及评估后，就可以确定哪个测量设备具备测量所需的精确度。

使汽车电池高枕无忧

在还未发明专门针对高效率低负载汽车应用的整合式稳压器以前，设计人员必须利用大量分散的组件去建构适当的电路。传统的方法是采用两个并列的电源供应器，其中一个在低负载时操作而且效率非常高(例如线性式稳压器)，而另外一个则在系统要求较大电流时实时接替运作。不过，由于类似LM26003的整合式解决方案诞生，现今的设计更为简单方便。随着车用电子的普及，这些整合型的解决方案以及集成电路制造累积下来的宝贵经验将可以让更多的设计工程人员轻松完成设计工作。。

---本文作者任职于美国国家半导体---