低靜態(tài)電流應對汽車電子系統(tǒng)要求

如今的汽車電子系統(tǒng)越來越復雜。同時，汽車環(huán)境對任何電子產(chǎn)品來說都是很大的挑戰(zhàn)，因為汽車電子系統(tǒng)要求運行電壓很寬，并且有很大的瞬態(tài)電壓和溫度變化。另外，性能要求也越來越高，需要多個供應電壓以滿足系統(tǒng)的不同要求。典型的導航系統(tǒng)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(shù)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(wěn)壓器來產(chǎn)生這些系統(tǒng)電壓。其結(jié)果是，在過去的幾年中，開關穩(wěn)壓器已經(jīng)逐漸代替了線性穩(wěn)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(wěn)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(nèi)效率要高
在正常運行、待機和關機時靜態(tài)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

效率

寬負載的高效率電源轉(zhuǎn)換在大部分汽車系統(tǒng)中都至關重要。例如，在10mA到1.2A負載范圍內(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(qū)動電流需要降低或調(diào)整至與負載電流成比例。另外，內(nèi)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(zhuǎn)換器的電源轉(zhuǎn)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(tài)電流

在汽車系統(tǒng)中還有很多應用需要持續(xù)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(tài)電流。設備可以在正常持續(xù)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(wěn)壓器必須跳過脈沖，以保持穩(wěn)壓狀態(tài)，該穩(wěn)壓器可以在脈沖之間進入睡眠狀態(tài)，此時只有部分內(nèi)置電路通電。在輕負載電流情況下，開關穩(wěn)壓器需要自動轉(zhuǎn)換到突發(fā)模式運行。在這種模式下，12V到3.3V轉(zhuǎn)換器要求靜態(tài)電流應該下降到100uA以下。內(nèi)置基準和電源良好狀態(tài)電路在睡眠狀態(tài)下也是啟動的，能夠檢測輸出電壓。靜態(tài)電路在關機狀態(tài)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(fā)出去?，F(xiàn)在大多數(shù)內(nèi)置電源板的四層主板可以達到熱阻在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(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(wěn)壓器在正常狀態(tài)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(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)里另外的噪聲來源。

凌特公司的LT1976是60V單片降壓開關穩(wěn)壓器家族中的最新產(chǎn)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(fā)模式的特點，在12V到3.3V的應用中靜態(tài)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(tài)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(nèi)提供準確的調(diào)節(jié)，包括電源狀態(tài)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(tǒng)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。