9.2.5  电源管理系统

电源是控制系统的基础，也是最容易产生故障的子系统，电源电路在保证供电的同时，也要满足安全性设计规则，其结构如图9-5所示。缓速器的外部输入电源来自车体，输入电源通常不能直接提供给电路中的芯片，需要根据芯片的耐压要求、工作电压范围等进行转化，该功能通过选择合适的电源转换芯片和各种电源模块来实现。电源管理需要考虑浪涌、防反接、防短路、滤波、电源转换、内部电源使能等。

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图9-5 电源电路的结构

车体电源的电压随时间而波动，有大量瞬态脉冲能量和干扰，通过电源管理系统对其进行监控，提供稳定的内部电路电源。浪涌通常采用TVS管平滑，瞬态抑制二极管（Transient Voltage Suppressor，简称TVS），是一种二极管形式的高效能保护器件。当TVS二极管的两极受到反向瞬态高能量冲击时，TVS二极管能以10^-2s量级的速度将其两极间的高阻抗变为低阻抗，吸收高达数千瓦的浪涌功率，使两极间的电压箝位于一个预定值，有效地保护电路中的精密元器件，免受各种浪涌脉冲的损坏。TVS根据其极性的不同可分为单向TVS和双向TVS，单向TVS适用于直流电路；双向TVS适用于交流电路。由于TVS起保护作用，其动作迅速，使用寿命长，使用方便，因此在瞬变电压防护领域有着非常广泛的应用。防反接是电源电路设计规范中的一项重要内容，可以通过在电源电路中串联一只较大功率的二极管来实现，当把电源正负极接反时可以有效避免烧毁电路；当电路内部元器件出现短路或者因外部因素导致电路内部短路时，在电路回路中将产生大电流，有可能烧毁部分电子元器件，对电源也存在较大的冲击。为了避免内部电路短路，可在电路中串联自复位的熔丝增加保护，当出现较大电流时自动切断电源，使电路保持开路，有效保护电子元器件。滤波电路由电容、电阻、电感线圈等元件构成，通过滤波电路滤除隐藏在电源中的纹波、瞬时干扰等。

车载电源经过滤波后成为稳定的电源，但其电位较高，如24V电源或更高电位。根据低功耗的设计要求，控制电路中的芯片多为5V、3.3V、2.5V、1.8V等低压芯片，较高的直流电源不能直接为芯片供电，通常采用电源转换芯片把高电位电源转换为低电位电源，这类芯片称为LDO（Low Dropout Regulator）器件，LDO是电路设计中使用非常普遍的电子元器件，通过LDO将高电位电源转换为各级别的低压电源。在选择LDO芯片时要注意其发热能力，如果输入、输出压差较大，在使用时将产生较多的热量，芯片本身发热量增大，考虑到散热问题，可把芯片与外部机壳相连，通过机壳进行散热。为了进一步降低功耗，可选择带使能功能的LDO电源芯片，电路空闲时，通过处理器禁止LDO。