低靜態(tài)電流應(yīng)對(duì)汽車電子系統(tǒng)要求

如今的汽車電子系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜。同時(shí)，汽車環(huán)境對(duì)任何電子產(chǎn)品來(lái)說(shuō)都是很大的挑戰(zhàn)，因?yàn)?strong>汽車電子系統(tǒng)要求運(yùn)行電壓很寬，并且有很大的瞬態(tài)電壓和溫度變化。另外，性能要求也越來(lái)越高，需要多個(gè)供應(yīng)電壓以滿足系統(tǒng)的不同要求。典型的導(dǎo)航系統(tǒng)可以有六個(gè)或者以上的不同供應(yīng)電源，其中包括8V、5V、3.3V、2.5V、1.8V和1.5V。

同時(shí)，雖然組件數(shù)量增加了，但是空間卻越來(lái)越小。因此，在空間和溫度要求非常高的情況下，效率是非常關(guān)鍵的因素。在低輸出電壓，甚至是中等電流情況（幾百毫安以上），不能指望采用線性穩(wěn)壓器來(lái)產(chǎn)生這些系統(tǒng)電壓。其結(jié)果是，在過(guò)去的幾年中，開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器已經(jīng)逐漸代替了線性穩(wěn)壓器，這主要是因?yàn)闇囟认拗?。開(kāi)關(guān)電源的好處如效率提高和引腳占位更小等，這彌補(bǔ)了其復(fù)雜性和EMI方面的考慮。

考慮到這些限制，就開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器來(lái)說(shuō)，必須具備以下特點(diǎn)：

輸入運(yùn)行范圍要寬

寬負(fù)載范圍內(nèi)效率要高

在正常運(yùn)行、待機(jī)和關(guān)機(jī)時(shí)靜態(tài)電流要低

熱量電阻要低

噪聲和EMI要最低。

下面對(duì)以上特點(diǎn)作具體說(shuō)明：

輸入運(yùn)行范圍要寬

任何的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器都需要被設(shè)置成能夠在3V到60V的輸入電壓范圍內(nèi)工作，而且必須能夠應(yīng)用在14V或42V的汽車系統(tǒng)內(nèi)。60V定額為14V的系統(tǒng)提供了很好的空間，因?yàn)檫@系統(tǒng)通常都在36V到40V范圍。另外，60V定額使設(shè)備能夠用在未來(lái)的42V系統(tǒng)中。這說(shuō)明現(xiàn)在為14V系統(tǒng)做的設(shè)計(jì)無(wú)需許多重新設(shè)計(jì)便可升級(jí)成為42V系統(tǒng)。

效率

寬負(fù)載的高效率電源轉(zhuǎn)換在大部分汽車系統(tǒng)中都至關(guān)重要。例如，在10mA到1.2A負(fù)載范圍內(nèi)的5V輸出要求電源轉(zhuǎn)換效率在85% 左右。在高電流情況下，內(nèi)置的開(kāi)關(guān)需要有很好的飽和度，通常是1A下0.2 。要提高低負(fù)載效率，驅(qū)動(dòng)電流需要降低或調(diào)整至與負(fù)載電流成比例。另外，內(nèi)置控制電路的電源可以通過(guò)一個(gè)偏置引腳提供，而該引腳則從輸出獲得電源。這樣就利用上了降壓轉(zhuǎn)換器的電源轉(zhuǎn)換效率。該偏置電流來(lái)自輸出而不是輸入，減少了控制電路所要求的輸入供應(yīng)電流，而比例是輸出與輸入電壓之比。例如，在3.3V的100uA輸出電流僅僅需要在12V的一個(gè)30uA平均輸入電流。這使控制電路的輸入電流最小化，同時(shí)還提高了輕負(fù)載效率。

低靜態(tài)電流

在汽車系統(tǒng)中還有很多應(yīng)用需要持續(xù)電源，即使是在停車的時(shí)候也是如此。這些應(yīng)用最重要的要求是低靜態(tài)電流。設(shè)備可以在正常持續(xù)開(kāi)關(guān)模式下運(yùn)行直到輸出電流降至大約100mA。在這個(gè)水平以下，開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器必須跳過(guò)脈沖，以保持穩(wěn)壓狀態(tài)，該穩(wěn)壓器可以在脈沖之間進(jìn)入睡眠狀態(tài)，此時(shí)只有部分內(nèi)置電路通電。在輕負(fù)載電流情況下，開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器需要自動(dòng)轉(zhuǎn)換到突發(fā)模式運(yùn)行。在這種模式下，12V到3.3V轉(zhuǎn)換器要求靜態(tài)電流應(yīng)該下降到100uA以下。內(nèi)置基準(zhǔn)和電源良好狀態(tài)電路在睡眠狀態(tài)下也是啟動(dòng)的，能夠檢測(cè)輸出電壓。靜態(tài)電路在關(guān)機(jī)狀態(tài)下應(yīng)該低于1uA。

低熱阻

理想情況下，接點(diǎn)到框架的熱阻應(yīng)該是低的。如果器件背面是暴露在外的銅，而且焊接在印制板的表面，那么印制板可以用來(lái)從器件上將熱量散發(fā)出去。現(xiàn)在大多數(shù)內(nèi)置電源板的四層主板可以達(dá)到熱阻在40 C/W范圍內(nèi)。能夠很好地向金屬外殼散熱的高周邊溫度應(yīng)用能使接點(diǎn)到框架的熱阻接近典型的10 C/W。這有助于擴(kuò)大有用的工作溫度范圍。

噪聲與EMI的考慮

盡管開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器比線性調(diào)節(jié)器產(chǎn)生更多的噪聲，但它們的效率要高得多。只要開(kāi)關(guān)電源情況可以預(yù)測(cè)，噪聲和EMI水平在很多敏感性的應(yīng)用中被證明是可管理的。如果開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器在正常狀態(tài)下以恒定的頻率切換，而且開(kāi)關(guān)的邊緣干凈且可以預(yù)測(cè)，并沒(méi)有過(guò)沖或高頻率的振蕩，那么EMI可以最小化。小封裝尺寸和高運(yùn)行頻率可以提供小而緊湊的布局，從而使EMI最小化。此外，如果穩(wěn)壓器可以與低ESR陶瓷電容器一起使用，輸入和輸出電壓紋波都可以被最小化，它們是系統(tǒng)里另外的噪聲來(lái)源。

凌特公司的LT1976是60V單片降壓開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器家族中的最新產(chǎn)品。該設(shè)備滿足汽車應(yīng)用的多項(xiàng)重要要求。LT1976的輸入電壓范圍很寬，在3.3V到60V之間。它在負(fù)載電流高達(dá)1.2A時(shí)效率很高。在各種電壓、負(fù)載和溫度條件下基準(zhǔn)精確率達(dá) +/- 2%。由于其突發(fā)模式的特點(diǎn)，在12V到3.3V的應(yīng)用中靜態(tài)電流是90uA。該設(shè)備采用小型扁平的TSSOP封裝，熱阻非常低，從而能夠進(jìn)行非常小的引腳占位。最后，它采用電流模式布局，以保證良好的瞬態(tài)響應(yīng)和簡(jiǎn)單的補(bǔ)償，以及專利電路可以對(duì)所有占空比保持恒定的峰值開(kāi)關(guān)電流。開(kāi)關(guān)頻率是恒定的200kHz，該器件可以被同步到更高頻率。

它在汽車溫度范圍內(nèi)提供準(zhǔn)確的調(diào)節(jié)，包括電源狀態(tài)良好/重置、軟啟動(dòng)、UVLO等功能。該電路為電流高達(dá)1.2A的汽車降壓系統(tǒng)提供了一個(gè)強(qiáng)大、有效和小引腳的解決方案，使設(shè)計(jì)師能夠?yàn)閺?fù)雜的汽車應(yīng)用設(shè)計(jì)出一個(gè)直接、簡(jiǎn)單的解決方案。