限制汽車系統(tǒng)中電磁干擾

LT8650S器件

我們來看一下ADI公司最近推出的LT8650S器件：雙通道4A 42V同步降壓靜音電源開關(guān)(靜態(tài)電流6.2µA)(見圖1)，它適用于通用降壓應(yīng)用以及汽車和工業(yè)領(lǐng)域的產(chǎn)品。LT8650S雙通道同步靜音穩(wěn)壓器為SoC應(yīng)用提供了更大的輸入電壓范圍、更優(yōu)的電磁屏蔽性能以及更小的尺寸，同時(shí)提供多個(gè)高電流輸入，并具備快速瞬態(tài)響應(yīng)能力。

圖1：ADI公司最新推出的LT8650S雙通道4A 42V同步降壓靜音電源開關(guān)(靜態(tài)電流6.2µA)(來源：ADI)

它設(shè)計(jì)有兩個(gè)通道，每個(gè)通道同時(shí)提供4A和最大6A的電流輸入，并具有超低的靜態(tài)電流突發(fā)模式，當(dāng)輸入電壓VIN=12v，輸出電壓VOUT1=5v，VOUT2=3.3v時(shí)其靜態(tài)電流僅6.2μA，紋波小于10mVP-P。此器件可以在低輸出電流的情況下提升效率(輸入12VIN、2MHZ，輸出2A、5VOUT的情況下效率是94.6%;輸入12VIN、2MHZ，輸出4A、5VOUT的情況下效率是93.3%)。在強(qiáng)制連續(xù)模式下允許固定頻率的開關(guān)操作控制整個(gè)輸出負(fù)載范圍和擴(kuò)頻操作，可進(jìn)一步減少電磁干擾。LT8650S可選的外部VC管腳為快速瞬態(tài)響應(yīng)提供了最佳的環(huán)路補(bǔ)償，VC管腳還可以實(shí)現(xiàn)電流共享。LT8650S觸發(fā)一個(gè)快速的最小開關(guān)時(shí)間為40ns，其輸入電壓范圍為3-42V，可調(diào)的同步開關(guān)頻率是300KHz到3MHz，器件大小4x6mm，32個(gè)管腳，采用LQFN封裝。

汽車SoC對(duì)電源的負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)提出了更高的要求，外圍電源負(fù)載電流轉(zhuǎn)換速率在100A/µs，無論負(fù)載如何變化，電源必須使輸出的電壓瞬態(tài)值最小，快速切換頻率如LT8650S系列的2MHz特性，有助于加快瞬態(tài)恢復(fù)。更快的開關(guān)頻率對(duì)應(yīng)更快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和適當(dāng)?shù)沫h(huán)路補(bǔ)償。

功率電感支持低EMI的解決方案

Coilcraft公司提供三種流行風(fēng)格的高性能功率電感器，分為XEL、XAL和XFL系列，這些都屬于Ltral產(chǎn)品系列。XEL和XAL系列采用的都是創(chuàng)新型復(fù)合材料，功率電感器具備非常平緩的電流波動(dòng)特性。XFL系列也具有平緩的變化特性，它的材料更類似于傳統(tǒng)的鐵氧化材料，比XAL和XEL系列變化速率更大一些。XFL系列具有最低的直流電阻，核心損耗最小。相比XAL系列，新的XEL系列具有更低的交流損耗，而XFL系列的總功率損耗最低(圖2)。對(duì)于設(shè)計(jì)用于承受高峰值電流的高頻電源開關(guān)而言，XEL系列無疑是最好的選擇。

PartL(µH, nominal)DCR(mΩ, typical)ISAT(30%)(A)

XEL4020-2222.235.25.9

XAL4020-2222.235.25.6

XFL4020-2222.221.43.7

圖2：這些表格數(shù)據(jù)展示它們重要的區(qū)別，包括XAL、XEL和XFL系列之間電感和電流的關(guān)系，以及功率損失和紋波電流之間的關(guān)系(來源：Coilcraft)

ADI的LT8650S演示板卡(DC2407A)選擇使用Coilcraft公司提供的功率電感器進(jìn)行設(shè)計(jì)，固定電感器ADI選擇的是符合AEC-Q200的1μH XFL5030-102ME，屬于Coilcraft XAL/XFL功率電感器系列，該系列具有體積小、頻率高、效率高等特性，被新一代靜音開關(guān)器件所選用，當(dāng)然這是ADI工程師評(píng)估各方面因素做出的最好決定。

電感技術(shù)有效的降低電磁干擾

Coilcraft XAL/XFL功率電感器采用Coilcraft Ltra技術(shù)生產(chǎn)，Ltra技術(shù)是使用磁性材料(例如鐵粉(Fe))生產(chǎn)電感器的獨(dú)特方式，通過模制工藝形成堅(jiān)固的電感器。該技術(shù)有效地消除了繞組之間的任何空間浪費(fèi)，從而在相同尺寸的部件中產(chǎn)生更高的飽和電流和更低的DC電阻。

市場(chǎng)的趨勢(shì)是設(shè)計(jì)DC/DC轉(zhuǎn)換器，并且不斷提升切換頻率，目標(biāo)是降低所需的電感值，減少電感的尺寸和成本。除了這個(gè)目標(biāo)還需要不斷提高組件的效率。隨著開關(guān)頻率的增加，頻率相關(guān)的損失和核心損耗(交流損耗)變得越來越重要，需要讓設(shè)計(jì)在高開關(guān)頻率下正常工作，這就提出了更多的要求。Ltra技術(shù)的復(fù)合材料核心是在2MHz的開關(guān)頻率下具備更佳的效率。

Ltra產(chǎn)品采用大型端子設(shè)計(jì)，具有最佳的焊接管腳和熱管理。大型端子也可以在沒有熱點(diǎn)的情況下傳輸更高的電流，保持較好的散熱，從而提高器件的長(zhǎng)期可靠性。這些元件的緊湊尺寸設(shè)計(jì)讓它們?cè)赑CB上更好的布局，降低了整體解決方案的尺寸。

Ltra技術(shù)旨在為市場(chǎng)提供非常強(qiáng)勁的零部件，其堅(jiān)固的形狀、強(qiáng)大的機(jī)械和振動(dòng)應(yīng)對(duì)能力使它們能夠適合惡劣的環(huán)境，如汽車、工業(yè)和便攜式電子應(yīng)用等，Ltra具有優(yōu)越的溫度穩(wěn)定性，在-40℃到+125℃的溫度范圍內(nèi)飽和曲線的變化小于3%，并且符合AEC-Q200標(biāo)準(zhǔn)。

一些電感核心材料表現(xiàn)出一種稱為熱老化的負(fù)特性，當(dāng)電感發(fā)生熱老化時(shí)，隨著時(shí)間和溫度的增加，效率會(huì)降低，進(jìn)而導(dǎo)致發(fā)熱量增加，這樣會(huì)進(jìn)入惡性循環(huán)。電感器和電路的過熱可能超過額定溫度范圍，有時(shí)會(huì)造成災(zāi)難性的后果，Coilcraft Ltra材料體現(xiàn)了消除熱老化問題的重要特性。

Ltra技術(shù)也有效的降低了電磁干擾，整個(gè)線圈采用磁性材料將有害的電磁干擾信號(hào)降低到最少，線圈通量由線圈本身決定，允許更加緊湊的線圈設(shè)計(jì)方式，線圈間電流屏蔽效果也更好。

Coilcraft公司推出的功率電感器系列包括豐富的可選組件，這使得工程師能夠根據(jù)自己的具體設(shè)計(jì)選擇不同型號(hào)的電感器，不同尺寸和不同功率級(jí)別的器件所具備的參數(shù)都經(jīng)過了優(yōu)化，每種型號(hào)都具有獨(dú)特的性能優(yōu)勢(shì)。

這些功率電感器具有更低的DCR特性，DCR表示的是電感器的電阻值，是由電感器線圈材料的電阻值決定的。

這些功率電感器具有足夠的飽和電流(ISAT)，由于散熱速率的原因，ADI公司通常不會(huì)將每個(gè)通道的電流限制設(shè)計(jì)到最大，對(duì)于這種器件，每個(gè)通道的電流限制為4A，兩個(gè)通道可同時(shí)正常工作，當(dāng)只有一個(gè)通道啟用時(shí)每個(gè)通道的限制電流可達(dá)到6A。