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作者：凌力爾特公司電源產品部 Nathan Hanagami、Steve Knoth、Marty Merchant 汽車應用的電子系統設計是頗具挑戰性，原因有很多：空間十分有限；工作溫度范圍必須寬廣；噪聲必須盡量抑制；必須承受電池瞬變且質量水準必須很高。由于集成度必須很高，以壓縮電路板面積，這就需要電源效率非常高的組件。汽車應用的許多場合中都有著嚴格的EMC要求，其涵蓋了輻射發射和傳導發射、抵抗輻射和傳導或敏感性以及電子放電(ESD)。對于潛在的多通道IC設計而言，符合所有這些要求將影響到很多方面的性能。有些滿足起來簡單明了，比如要求DC-DC開關穩壓器工作在一個位于AM無線電頻段之外的固定頻率。然而，有的就更難應對了，比如調整內部功率FET的擺率，以最大限度地抑制由于DC-DC轉換器的開關節點轉換所引起的輻射發射。 隨著開發工作的推進，“特征蠕動”(即產品規格的變更，例如輸入和輸出電壓，以及輸出電流等參數)會對IC及相關分立組件的選擇產生嚴重的不良影響。在最好的情況下，當某項系統規格在電路板布局排定之后發生變更時，也許通過置換可調輸出轉換器上的幾個電阻就能對某個電壓進行微調。而在最糟糕的情況下，或許需要用引出腳不兼容的IC換掉多個現用的IC，因為新的輸出電流水平要求超過了這些現用IC的開關電流額定值。由于必需進行電路板的重新設計和布局，因此，這將導致一系列的成本增加和進度延誤。為此，需要采用一種高度專用的高性能可配置電源管理IC以正確地管理電源模塊，從而確保系統的所有性能優勢皆可實現，并為不可避免的電源模塊系統變更提供靈活性。 一種簡單的解決方案 過去，很多既有多輸出PMIC不具備應對這類新式系統所必需的靈活性。滿足上述汽車電源管理IC設計限制的任何解決方案都必須兼有高集成度、很寬的工作溫度范圍以及高度靈活性，其中高集成度包括集成電流適中的降壓型開關穩壓器和低壓功能。設計師所需要的是一個多通道、可配置DC/DC轉換器。 靈活的八通道降壓型穩壓器 LTC3375是一款高度集成的通用電源管理解決方案，適用于需要多個低壓電源的系統。該器件具備8個獨立的1A通道，提供I2C控制、靈活的排序和故障監視，采用緊湊的QFN封裝。同時，它還含有8個內部補償、高效率同步降壓型穩壓器和一個始終保持接通的高壓線性控制器。每個降壓型穩壓器都有自己獨立的2.25V至5.5V輸入電源，輸出電壓范圍為0.425V至VIN。該器件的按鈕ON/OFF/RESET控制、電源接通復位和看門狗定時器提供靈活可靠的加電排序和系統監視。LTC3375具備可編程和可同步1MHz至3MHz振蕩器，缺省開關頻率為2MHz。所有DC/DC斷開時，靜態電流僅為11μA，從而在始終保持接通系統中節省了功率。該器件適用于多種多通道應用，包括工業、汽車和通信系統。 LTC3375的8個降壓型轉換器可以單獨使用，也可以并聯連接，以用單個共享電感器實現每輸出高達4A的較大輸出電流。因為可以并聯的相鄰穩壓器多達4個，所以可以有15種不同的輸出配置。這些穩壓器有兩種工作模式：突發模式(Burst Mode)在加電缺省時工作，可在輕負載時提供較高效率；強制連續PWM模式可在輕負載時實現較低噪聲。 I2C接口可用來選擇工作模式、相位、反饋調節電壓和開關轉換率。這些降壓型穩壓器提供正向和反向電流限制、在啟動時用軟啟動限制浪涌電流、提供短路保護以及轉換率控制以實現較低的輻射EMI。其他特點包括指示內部芯片溫度的芯片溫度監視器輸出(可通過I2C讀取)和芯片溫度(DT)報警功能，當芯片溫度達到其設定報警門限時，該功能向用戶發出警報，因此允許系統采取糾正行動。LTC3375有高溫(H級)版本，其額定結溫范圍為-40℃至+150℃，很容易滿足汽車的高溫運行要求。 
圖1：LTC3375 4A/3A/1A三輸出配置簡化方框圖。 抑制輻射和傳導EMI LTC3375 PWM開關頻率專門用400k RT電阻器微調至2MHz，具有保證的1.8MHz至2.2MHz范圍。該RT電阻器可用來在1MHz至3MHz范圍內設定任何工作頻率。這些穩壓器還可設定為強制連續PWM工作模式，即使在輕負載時也可防止以突發模式工作。這不僅保持了固定頻率，而且還降低了DC-DC輸出電容器上的電壓紋波。此外，LTC3375還可通過SYNC引腳以同步至一個1MHz至3MHz的外部時鐘，以進一步降低系統噪聲。 為了專門降低輻射的EMI，LTC3375還提供一種特殊功能，即允許用戶降低開關邊沿變化率。LTC3375還為抑制電源噪聲額外提供一些工具。降壓型穩壓器上開關的轉換率可通過I2C調節。因為這些降壓型穩壓器是可同步的，所以下降和上升時間都可以延長。圖2和圖3分別地顯示了以全速和減速上升和下降的開關切換曲線。
圖2：以2MHz全速上升和下降的降壓型穩壓器開關切換曲線。
圖3：以2MHz減速上升和下降的降壓型穩壓器開關切換曲線。 抗極端電壓偏移 汽車電子產品需要克服的另一個障礙是電池電壓的劇烈變化，如冷車發動時低至大約5V，或高壓尖峰可能產生很高的電壓。汽車電子產品不僅需要承受這些嚴酷的電壓變化，而且需要連續工作。LTC3375具備按鈕控制器和外部通路FET穩壓器，可用來啟動外部高壓降壓型穩壓器，然后該穩壓器再以安全穩定的電壓給LTC3375供電(參見圖4)。
圖4：LTC3375高壓瞬態性能。 結論 汽車儀表板上充滿了噪聲敏感源和溫度敏感源，這使IC設計困難了許多。電池電壓的劇烈變化則帶來了另一種挑戰。盡管存在這些障礙，但是衛星無線電設備、觸摸屏、導航系統、藍牙、高清電視等汽車信息娛樂系統功能構件的技術進步仍然可提升了現代汽車的駕駛體驗。通過使用凌力爾特非常便于配置的LTC3375單個多輸出8通道降壓型IC取代很多分立式電源IC組件或傳統上非常大的、過度集成的PMIC，系統設計師可以在系統中集成關鍵電源 |
