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DC-DC 如今的汽車電子系統越來越復雜。同時，汽車環境對任何電子產品來說都是很大的挑戰，因為汽車電子系統要求運行電壓很寬，并且有很大的瞬態電壓和溫度變化。另外，性能要求也越來越高，需要多個供應電壓以滿足系統的不同要求。典型的導航系統可以有六個或者以上的不同供應電源，其中包括8V、5V、3.3V、2.5V、1.8V和1.5V。 同時，雖然組件數量增加了，但是空間卻越來越小。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壓器來產生這些系統電壓。其結果是，在過去的幾年中，開關穩壓器已經逐漸代替了線性穩壓器，這主要是因為溫度限制。開關電源的好處如效率提高和引腳占位更小等，這彌補了其復雜性和EMI方面的考慮。 考慮到這些限制，就開關穩壓器來說，必須具備以下特點： 輸入運行范圍要寬 寬負載范圍內效率要高 在正常運行、待機和關機時靜態電流要低 熱量電阻要低 噪聲和EMI要最低。 下面對以上特點作具體說明： 輸入運行范圍要寬 任何的開關穩壓器都需要被設置成能夠在3V到60V的輸入電壓范圍內工作，而且必須能夠應用在14V或42V的汽車系統內。60V定額為14V的系統提供了很好的空間，因為這系統通常都在36V到40V范圍。另外，60V定額使設備能夠用在未來的42V系統中。這說明現在為14V系統做的設計無需許多重新設計便可升級成為42V系統。 效率 寬負載的高效率電源轉換在大部分汽車系統中都至關重要。例如，在10mA到1.2A負載范圍內的5V輸出要求電源轉換效率在85% 左右。在高電流情況下，內置的開關需要有很好的飽和度，通常是1A下0.2 。要提高低負載效率，驅動電流需要降低或調整至與負載電流成比例。另外，內置控制電路的電源可以通過一個偏置引腳提供，而該引腳則從輸出獲得電源。這樣就利用上了降壓轉換器的電源轉換效率。該偏置電流來自輸出而不是輸入，減少了控制電路所要求的輸入供應電流，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30uA平均輸入電流。這使控制電路的輸入電流最小化，同時還提高了輕負載效率。 低靜態電流 在汽車系統中還有很多應用需要持續電源，即使是在停車的時候也是如此。這些應用最重要的要求是低靜態電流。設備可以在正常持續開關模式下運行直到輸出電流降至大約100mA。在這個水平以下，開關穩壓器必須跳過脈沖，以保持穩壓狀態，該穩壓器可以在脈沖之間進入睡眠狀態，此時只有部分內置電路通電。在輕負載電流情況下，開關穩壓器需要自動轉換到突發模式運行。在這種模式下，12V到3.3V轉換器要求靜態電流應該下降到100uA以下。內置基準和電源良好狀態電路在睡眠狀態下也是啟動的，能夠檢測輸出電壓。靜態電路在關機狀態下應該低于1uA。 低熱阻 理想情況下，接點到框架的熱阻應該是低的。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從器件上將熱量散發出去。現在大多數內置電源板的四層主板可以達到熱阻在40 C/W范圍內。能夠很好地向金屬外殼散熱的高周邊溫度應用能使接點到框架的熱阻接近典型的10 C/W。這有助于擴大有用的工作溫度范圍。 噪聲與EMI的考慮 盡管開關穩壓器比線性調節器產生更多的噪聲，但它們的效率要高得多。只要開關電源情況可以預測，噪聲和EMI水平在很多敏感性的應用中被證明是可管理的。如果開關穩壓器在正常狀態下以恒定的頻率切換，而且開關的邊緣干凈且可以預測，并沒有過沖或高頻率的振蕩，那么EMI可以最小化。小封裝尺寸和高運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，它們是系統里另外的噪聲來源。 凌特公司的LT1976是60V單片降壓開關穩壓器家族中的最新產品。該設備滿足汽車應用的多項重要要求。LT1976的輸入電壓范圍很寬，在3.3V到60V之間。它在負載電流高達1.2A時效率很高。在各種電壓、負載和溫度條件下基準精確率達 +/- 2%。由于其突發模式的特點，在12V到3.3V的應用中靜態電流是90uA。該設備采用小型扁平的TSSOP封裝，熱阻非常低，從而能夠進行非常小的引腳占位。最后，它采用電流模式布局，以保證良好的瞬態響應和簡單的補償，以及專利電路可以對所有占空比保持恒定的峰值開關電流。開關頻率是恒定的200kHz，該器件可以被同步到更高頻率。 它在汽車溫度范圍內提供準確的調節，包括電源狀態良好/重置、軟啟動、UVLO等功能。該電路為電流高達1.2A的汽車降壓系統提供了一個強大、有效和小引腳的解決方案，使設計師能夠為復雜的汽車應用設計出一個直接、簡單的解決方案。 |
