在早期汽车应用领域中，只有电子时钟属于长时间开启的电子零件。但是多年以来，汽车制造商不断在汽车中加装新的电子装置，并引进了新的技术，因此具有长时间运作的电子系统便不断增加。今时今日，先进的驾驶人信息系统、娱乐信息与电传系统，已成为一般汽车的标准配备，即使是在汽车未发动时，这些系统也必须保启开启状态，以确保这当中的数据不会遗失。
在此同时，车用电子系统的设计也越趋复杂，而且愈来愈多中低阶的汽车也都开始加装了高阶的电子装置。新一代的汽车必须为驾驶人提供实时的信息，让驾驶人在车内也可以办公。由于汽车的功能愈趋多样化，系统设计工程师面对的困难同样与日俱增。因此，要如何利用稳压系统来提供新的磁滞控制技术，可为低负载系统提供高效率的稳压功能，同时也介绍其它的稳压技术。但这些稳压方法能否为低负载系统提供高效率的稳压功能？这些方法有何优点？这些都是未来必须要面对的问题。
nload="javascript:if(>740)=740" align=center border=0>
△图说：LM26001单芯片设计，适用于效率要求较高，又必须设有低功率备用模式的汽车电子系统中。
长时间运作下的车用电子系统
过去有个案例，曾有驾驶人将汽车停放在机场停车场内近两个月之久，后来取车时却发觉汽车电池的储电已完全耗尽。这个问题显示出设计车用电子系统的工程师，必须留意车用电子系统的功耗，特别是负载较低，但必须长时间运作的电子设备，以确保这类系统的累积功耗可以减至最少。
在目前车用电子市场上，已经有许多电子装置需要配备长时间开启的功能也同样适用，像是利用电池供电的电子装置，就像是一般可携式医疗设备（如：胰岛素输送泵），或配备后备电池的视讯转换盒等，便属于这类必须长期开启的电子设备。不过，上述电子装置都有一个共通点，就是在系统已经处于待机模式下，仍需继续执行一些基本的功能，使得最低负载系统的效率愈高，电池的寿命便愈长，其它的电子装置或系统，也因此可以节省更多能源。
电子系统的设计日趋复杂，系统设计工程师要面临的挑战也越多。由于备用时间要进一步延长，但是采用全功率作业模式时，系统的耗电量却也就相应大增。因此，这类系统的备用模式及全功率作业模式，一般都会分别从不同的电源系统借以获得些微的电力供给。换言之，即使不同供电系统的电压完全相同，电源管理系统的设计也会有所不同，来满足不同的需求。
在负载范围较广的系统内 如何发挥更高的效率
一直以来，具长时效性的5V电源供应系统，大都采用静态电流（Iq）极低的线性低压降稳压器。但为了满足低电压作业的市场要求，有愈来愈电子产品厂商纷纷将产品的工作电压调低，而长时间运作的供电系统，也必须顺应这个潮流。
许多这方面的供电系统，已经采用3.3V的低电压供应，相信在不久的将来，这类低压供电系统也会越趋普及，甚至还有可能将供电电压降至2.5V或以下。不过，由于整个系统所需的供电量持续上升，使得负载电流很容易就会产生不跌反升的现象。加上低压降稳压器的效率极低，所产生的负载电流越高，功率消耗也就越大，使得低压降稳压器在市场中越来越不受到欢迎。
这么说好了，无论输出电流有多少，低压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%），此公式并未将低压降稳压器的操作电流计算在内，因此若将此一并计算，实际所产生的效率会更低。而目前低静态电流低压降稳压器，大部分都可以因应负载电流的大小，进而调节偏压电流。
就像是负载电流较低，偏压电流便会降至最低，以确保能保持以上所说的最高效率，如此一来便会减缓稳压速度。假设此时的负载过高，稳压器便会提高偏压电流，才能确保负载瞬时反应达到最佳化的目标。不过，这样的设计方式会使得系统的整体越来越复杂，因为低静态电流供电系统为不同负载状况，提供的总电流便会因此而上升，这是一个无可避免的发展趋势。
另外，虽然目前市场上已有部分具有低静态电流、高输入电压的低压降稳压器解决方桉，不过大部分的解决方桉的最高输出电流都不超过 100mA。即使这些解决方桉可以提供较高的输出电流，但也会增加系统功耗，使问题变得更为复杂。
可否改用开关稳压器作为解决方案
从上面的问题来看，考虑到使用开关式的电源供应解决方桉，对于高输出电流的效率问题就能获得解决。不过，这有办法对应到旧问题，但新的问题又会出现。例如：低负载的设计方式会产生其它问题，因为在汽车电子系统中的电源供应解决方桉中，大部分是采用固定式开关频率的设计方式，才能将电子设备的脉冲宽度调变（PWM）控制设计维持最佳化的状态。而采用PWM设计方式的主要优点，较能符合电磁兼容性（EMC）的规范要求，并在需要时可以按照设定的开关频率，优化所有滤波功能。可惜，PWM模式也有所限制，例如：在低负载的情况下，效率便不大理想。
另外，由于开关过程会产生损耗电流，加上开关稳压器本身也需消耗电流，因此当实际负载下降到最高负载的10%以下的时候，供电系统的整体效率便会大幅下降，若实际负载下降到最高负载的1%，效率甚至会下降至50%以下。因此，这方面的表现必须经过大幅的改善之后，开关稳压器才能够适何用在备用供电系统上。
脉冲频率调变（PFM）模式
另一项，看似可行的解决方桉则是利用脉冲频率调变的控制方法。其主要特点在于，开关频率会因为负载电流而有所改变。换句话说，就是当负载电流越低，开关频率也就越低，如此一来便可将低负载电流所产生的开关损耗降到最低。
基本上，使用开关稳压器作业时，耗损掉的电流也会降低，因为这类型的稳压器电路设计比较简单，而体积也较小。因此，系统也可以获得更广的负载范围，并发挥更高的效率。但负载若降到接近最低的极限，导致电流低于1mA，效率便未必这么理想。另一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，甚少车用电子系统采用这个解决方桉。
磁滞控制（Hysteretic Control）
或许，利用磁滞进行控制也是另一个具有可行性的解决方桉。就像 PFM模式一样，即使在低负载的作业情况下，系统也可调节开关频率，比方说，频率会随着负载的减少而下降。因此，负载越低，效率则越高，这就是应用磁滞控制的最大优点。
但在，一旦系统处于高负载的运作下，系统的开关频率将会视不同的组件参数及运作状况，而有所改变，例如：输入电压、负载电流、电感值、输出电容器，以及等效串联电阻等，将对开关频率都有很大的影响。而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更难符合汽车工业的严格规范。
丛发模式（Burst Mode）
丛发模式的开关稳压器也是一项简单设计的控制方法。因为通常开关频率是恒定的，而且稳压器可在广阔的负载范围内，保持较高的工作效率。因此，必须为开关稳压器设定的运作条件下，才能确保芯片组在最高负载及最低输入电压的作业情况下，仍可充分发挥其效能，即便开关节点的波形无论处于整个运作范围内的哪一位置，都能100%调变的振幅调变讯号。
一般来说，调变频率的高低值取决于输入电压及负载电流，而且调变后的频率可能会产生低频噪声，例如：会使得模拟／数字转换器等模拟系统产生谐波及错误。因此，即使采用固定开关频率，电磁兼容性的表现及模拟系统的效能都较难预测，使这个解决方桉也不太受到欢迎。
既然如此 什么架构最理想
前文已清楚指出，以上所列举的各种开关稳压器设计各有优缺，但，最主要的问题就是无法在广阔的负载范围内，改善车电系统的工作效率，实际上的应用成效也不是非常理想。而真正最佳理想化的解决方桉，应该是整合上述几项解决方桉的优点，才可进一步确保车电系统能够在最广阔的负载范围内，发挥最高的效能。因此，在设计解决方桉时，必须考虑以下因素：
?必须设有丛发模式，才能够在负载较低时，维持较高的效率。
?停止开关作业时，偏置电流会下降，以便进一步提高低负载作业的效率。
?设有PWM模式，确保系统可在正常负载下，符合电磁兼容性方面的严格规范。
?操作频率必须具有同步性并将其加以调节，确保设计时更为灵活。
以美国国家半导体所研发的LM26001单芯片的开关稳压器为例，适用于效率要求较高，又必须设有低功率备用模式的系统，最重要的是，这款稳压器可以在连续运作下，不断提供1.5A的输出电流。由于低电流睡眠模式的静态电流低于 40uA（典型值），因此即使负载极低，系统也可能够保持较高的工作效率。
LM26001单芯片开关稳压器采用电流模式的PWM控制方法，可以在大范围的输入电压范围内提供高度准确的稳压输出，适用于4.0V～38V之间的广大输入电压范围之内，甚至在线路瞬时期间仍可保持最低到3V的输入电压运作。工程师只需利用一个电阻，便可调整作业开关频率（150kHz～500kHz），甚至将开关频率调整至与外置时钟同步。
部分系统必须透过调谐功能将开关频率调整至使用中的射频频带范围之外，对于这类应用来说，上述的同步功能便显得尤其重要。此外，也有部分系统采用多个平行连接的开关稳压器。
nload="javascript:if(>740)=740" align=center border=0>
△图说：LM26001芯片的内部电路方块图，图中显示电流模式PWM开关稳压器的各组典型电路，其中包括额外添加的区段，例如：睡眠重设、睡眠设定、FPWM／睡眠控制及开关控制等，都是以上所述有助于降低静态电流的区段。
睡眠模式下开关稳压器的设计方式
汽车上电子系统的睡眠模式，基本上有两个作业周期，分别为：进行开关时，芯片会进入丛发作业周期；或停止开关时，芯片则会进入低静态电流作业周期。换句话说，在设计开关稳压器时，必须能够在睡眠模式与正常运作等种模式之间进行自动开关切换。若负载较低，回授接脚（FB）电压便会上升，而补偿接脚（COMP）电压则会下降。若补偿接脚电压下跌至0.6V的钳位电压临界点，而回授接脚电压则上升至超过其额定值的1%，睡眠模式便会启动，而开关作业则会停止在睡眠设定区段之间。
一旦开关稳压器进入睡眠模式之后，便会处于睡眠状态下，直至回授接脚电压下跌至重设临界点（睡眠重设区段），芯片便会恢复开关作业，而FPWM／睡眠控制区段负责监控所有讯号，这个1%回授接脚窗口可将相关的输出涟波振幅限定在额定输出电压的1%之内，而睡眠周期会一直持续下去，直至负载电流上升为止。
nload="javascript:if(>740)=740" align=center border=0>
△图说：睡眠模式波形图， 显示睡眠模式的典型开关及输出电压波形，当芯片进入睡眠模式之后，其中的电路会全部关闭，以便将静态电流降至40uA，而该图所表示的睡眠模式临界点，则显示临界点与这些参数之间的函数关系。
由于LM26001芯片并非利用直接的方法直接测量负载电流，而是采用间接透过补偿接脚电压进行测量。因此，当芯片决定选用睡眠或者是正常作业模式所依据的临界点会随着开关频率、电感值及duty cycle的变动而上下波动。实时如此，PWM模式的最低负载也会低很多。由于电磁兼容性方面的表现更符合理想，因此输出电流可以进一步调低。为了充分利用这个优点，LM26001芯片设有强制PWM（也就是FPWM）输入接脚，让微控制器可以指令LM26001必须采用PWM模式作业。
这个设计的成败取决于成本效益，但在个别情况下（例如：射频系统正在作业），这是较为理想的选择。此外，若系统正准备全功率作业，以强制方式指令LM26001芯片必须采用PWM模式作业不失为较好的设计方式，因为这样可确保负载瞬时反应更为理想。若芯片被逼采用PWM模式作业，而负载则下跌至极低的水平，芯片便会进入睡眠模式，以确保输出不会出现过压现象。
nload="javascript:if(>740)=740" align=center border=0>
△图说：图中所示的是典型的应用电路图，其电路设计只需极少的外置组件。
结论：
汽车的作业环境对于车用电子设备而言，是一项富有挑战性的设计工作，而车用电子系统必须采用可在广阔负载范围内，支持高效率作业的开关稳压器，相信这是未来的发展趋势。运用开关稳压器才能将低负载系统的供电电流降低至40uA，并可提供开关式内部偏置电流，设有不同的开关模式，可以因应实际需要随时切换，切换模式的条件有清楚的界定，而且适用于极广阔的负载电流范围。这些优点不但能降低长时间使用车电设备的耗电量，而且又能确保电路的设计更具灵活性，可望为汽车产业建立一个新的技术标竿。
