最大限度地減小汽車 DDR 電源中的待機(jī)電流

當(dāng)您打開一部筆記本電腦或者智能手機(jī)時(shí)，會(huì)料到其啟動(dòng)需要等待一點(diǎn)時(shí)間，但是當(dāng)您啟動(dòng)車輛時(shí)，就不太會(huì)有那么大的耐心了。對(duì)于汽車，消費(fèi)者的期望是能夠立刻使用計(jì)算機(jī)電子設(shè)備 (包括導(dǎo)航和信息娛樂系統(tǒng))，汽車制造商則運(yùn)用可縮短啟動(dòng)時(shí)間的設(shè)計(jì)策略來努力滿足消費(fèi)者的這一愿望。其中的一種策略是始終把動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器 (RAM) 保持在運(yùn)行模式，即使在點(diǎn)火關(guān)斷狀態(tài)下也不例外。

汽車中使用的 DDR3 存儲(chǔ)器采用一個(gè) 1.5V 電源軌運(yùn)作，具有 2A 以上的峰值負(fù)載電流 (為盡量減少熱耗散，最好利用一個(gè)高效率 DC/DC 轉(zhuǎn)換器)。在這些應(yīng)用中，當(dāng)汽車不處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，輕負(fù)載效率對(duì)于維持電池壽命同樣是重要的。在待機(jī)時(shí)，DDR 存儲(chǔ)器可從 1.5V 電源軌消耗 1mA~10mA 的電流，但是，當(dāng)汽車長(zhǎng)時(shí)間停駛時(shí)從電池吸收 10mA 電流是不能接受的。

在輸入和輸出電流相等的場(chǎng)合中，該限制條件排除了使用線性穩(wěn)壓器的可能。另一方面，開關(guān)降壓型穩(wěn)壓器吸收的輸入電流小于負(fù)載電流 (與降壓比成比例)：

式中的 η 為效率因數(shù) (0 至 1)。

如圖 1 所示，LT8610AB 同步降壓型穩(wěn)壓器在 1mA 負(fù)載條件下實(shí)現(xiàn)了大約 83% 的效率。當(dāng)電池電壓為 12V 且負(fù)載電流為 1mA (在1.5V) 時(shí)，輸入電流的計(jì)算值僅為 151μA。

圖 1：LT8610AB 效率與負(fù)載的關(guān)系

從汽車電池至 1.5V DDR 存儲(chǔ)器的直接 DC/DC 轉(zhuǎn)換

LT8610A 和 LT8610AB 是單片式、同步降壓型穩(wěn)壓器，專為汽車系統(tǒng)而特別設(shè)計(jì)。它們可提供 3.5A 電流，而靜態(tài)電流消耗則僅為 2.5μA。圍繞這兩款器件來設(shè)計(jì)電路十分容易。無需額外的半導(dǎo)體元器件，它們可以使用廉價(jià)的陶瓷電容器，而且所采用的 MSOP 封裝具有易于焊接和檢查的引腳。由于其典型最小導(dǎo)通時(shí)間為 30ns (保證最大值為 45ns)，因此可設(shè)計(jì)具有大降壓比的緊湊、高開關(guān)頻率降壓型穩(wěn)壓器。圖 2 示出了一種可在 1.5V 電壓下提供 3.5A 電流的應(yīng)用電路。工作頻率為 475kHz，以優(yōu)化效率并保持低于 AM 無線電頻段。

這兩款器件均擁有針對(duì)汽車環(huán)境的卓越容錯(cuò)性能。42V 的最大輸入可應(yīng)對(duì)負(fù)載突降。堅(jiān)固的開關(guān)設(shè)計(jì)和高速電流比較器可在輸出短路期間對(duì)器件提供保護(hù)。最小輸入為 3.4V (最壞情況值)，最大占空比高于 99%，壓差電壓在 1A 電流下的典型值為 200mV，所有這些使得輸出在整個(gè)冷車發(fā)動(dòng)期間均處于調(diào)節(jié)狀態(tài)。典型的最小輸入電壓曲線繪制于圖 3。

圖 2：該 LT8610A 或 LT8610AB 降壓轉(zhuǎn)換器電路可接受汽車電池，并產(chǎn)生 1.5V/3.5A 輸出。低靜態(tài)電流和同步整流在整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了高效率。

圖 3：在冷車發(fā)動(dòng)或汽車啟-停過程中將存儲(chǔ)器保持于運(yùn)行狀態(tài)。在 25oC 時(shí)，LT8610A 和 LT8610AB 可在低至 2.9V的典型最小輸入電壓 (整個(gè)溫度范圍內(nèi)的保證最大值為 3.4V) 條件下運(yùn)作。

利用低紋波突發(fā)模式操作和極小的靜態(tài)電流來節(jié)省電池電量

LT8610A 和 LT8610AB 專為最大限度地降低整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)的輸出電壓紋波設(shè)計(jì)。在輕負(fù)載時(shí)，它們通過降低其工作頻率和進(jìn)入突發(fā)模式 (Burst Mode?) 操作來保持效率。即使在非常低的負(fù)載條件下亦能維持快速瞬態(tài)響應(yīng)。此項(xiàng)特性與 2.5μA 的非常低靜態(tài)電流相組合，這意味著：即便在負(fù)載僅為幾個(gè) μA 的情況下，LT8610A 和 LT8610AB 的效率也要高于靜態(tài)電流為零的線性穩(wěn)壓器。對(duì)于那些必須避免低頻運(yùn)作的系統(tǒng)，可以通過給 SYNC 引腳施加一個(gè)邏輯高電平信號(hào)或時(shí)鐘信號(hào)來關(guān)斷突發(fā)模式操作。LT8610A 和 LT8610AB之間的差異是，后者在輕負(fù)載時(shí)具有較高的效率。對(duì)于給定的負(fù)載，這是通過采用一個(gè)增加的突發(fā)模式電流限值 (因而允許在每個(gè)開關(guān)周期中輸送更多的能量) 和降低開關(guān)頻率實(shí)現(xiàn)的。由于接通和關(guān)斷 MOSFET 需要固定的能量值，因此降低開關(guān)頻率可減少柵極電荷損失并提高效率。

圖 4 示出了 LT8610A 和 LT8610AB 的效率差異。當(dāng)負(fù)載介于 1mA 和 100mA 之間時(shí)，相比于 LT8610A，LT8610AB 可將效率提高 10% 以上。突發(fā)模式電流限值的增大意味著每個(gè)開關(guān)周期中提供的能量更多，而作為折衷，需要采用更大的輸出電容以保持低的輸出電壓紋波。圖 5 比較了 LT8610A 和 LT8610AB 的“輸出紋波與輸出電容的函數(shù)關(guān)系”(針對(duì)兩種電感值和 10mA 負(fù)載)。

圖 4：與 LT8610A 相比，LT8610AB 突發(fā)模式電流限值的增大使得輕負(fù)載時(shí)的效率大幅提升。