節(jié)省汽車燃料的有效途徑：“啟動(dòng)/停止”系統(tǒng)

延長(zhǎng)電池的工作時(shí)間

　　對(duì)于任何在系統(tǒng)其余部分關(guān)斷的情況下需要一根“始終保持接通”的電源總線的電池供電型系統(tǒng)而言，節(jié)省電池能量都是必須的。這種狀態(tài)通常被稱為“睡眠”、“待機(jī)”或“空閑”模式，只要求系統(tǒng)具有非常低的靜態(tài)電流。在有可能包括諸多電氣電路

　　的汽車應(yīng)用中，為節(jié)省電池能量而要求實(shí)現(xiàn)低靜態(tài)電流顯得特別重要。在待機(jī)模式中，此類系統(tǒng)的總電流消耗必需盡可能低；而且，隨著汽車的運(yùn)行越來越多地依賴電子系統(tǒng)，汽車制造商所面臨的節(jié)省電池能量的壓力在持續(xù)地增加。

　　在睡眠模式中 ( 升壓型轉(zhuǎn)換器和兩個(gè)降壓型轉(zhuǎn)換器中的一個(gè)處于接通狀態(tài))，LTC3859A 僅吸收區(qū)區(qū)75μA的電流。當(dāng)所有三個(gè)通道均接通并處于睡眠模式時(shí)，LTC3859A 的吸收電流只有100μA，從而顯著地延長(zhǎng)了空閑模式中電池的工作時(shí)間。這是通過將器件配置為進(jìn)入高效率的突發(fā)模式(Burst Mode) 操作狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)的，在此操作模式中，LTC3859A向輸出電容器輸送簡(jiǎn)短的電流脈沖，隨后是一個(gè)睡眠周期，此時(shí)僅由輸出電容器將輸出功率傳遞至負(fù)載。圖2示出了說明其工作原理的概念性時(shí)序圖。

圖2：LTC3859A 的突發(fā)模式操作電壓線圖

　　突發(fā)模式輸出紋波與負(fù)載無關(guān)，唯一將會(huì)變化的是睡眠間隔的長(zhǎng)度。在睡眠模式中，大部分內(nèi)部電路都被關(guān)斷，只有用于實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)的關(guān)鍵電路除外，從而進(jìn)一步減小了其靜態(tài)電流。當(dāng)輸出電壓的降幅足夠大時(shí)，睡眠信號(hào)電平走低，控制器通過接通頂端的外部MOSFET恢復(fù)標(biāo)準(zhǔn)的突發(fā)模式操作。另一方面，也存在這樣的情況，用戶希望器件在輕負(fù)載電流條件下工作于強(qiáng)制連續(xù)模式或恒定頻率脈沖跳躍模式。這兩種模式的配置均很容易，它們的靜態(tài)電流較高而峰至峰輸出紋波則較低。

　　負(fù)載突降/ 效率/ 解決方案尺寸

　　“負(fù)載突降”這一術(shù)語指的是起動(dòng)電機(jī)被關(guān)閉之后所發(fā)生的感應(yīng)沖擊。對(duì)于一個(gè)汽車用12V鉛酸電池系統(tǒng)來說，此浪涌電壓一般被箝位于36V( 最大值)。該浪涌要求控制器、MOSFET 及關(guān)聯(lián)的組件能在箝位電壓下工作。這些較高電壓器件 ( 例如：40VMOSFET) 會(huì)導(dǎo)致效率下降，必須謹(jǐn)慎地將這種不良影響降至最低。當(dāng)采用圖1中的電路時(shí)，每個(gè)電壓軌的效率高于92% (如圖3所示)。為清楚起見，分別示出了每個(gè)降壓和升壓部分的效率。此外，圖4還示出了這款電路的布局和尺寸，其中最高的部件達(dá)4.8mm。

圖3：LTC3859A 效率與負(fù)載電流的關(guān)系曲線 ( 針對(duì)不同的轉(zhuǎn)換器部分)

圖4：LTC3859A 演示電路板的尺寸和布局 (a) 頂面 (b) 底面。

　　啟動(dòng)和關(guān)斷

　　LTC3859A 的三個(gè)通道可采用RUN1、RUN2 和RUN3 引腳單獨(dú)關(guān)斷。把這些引腳中的任一個(gè)拉至1.2V以下都將關(guān)斷用于對(duì)應(yīng)通道的主控制環(huán)路。而把所有三個(gè)引腳全部拉至0.7V以下將停用所有的控制器和大多數(shù)的內(nèi)部電路，包括內(nèi)置的LDO。在這種狀態(tài)下，LTC3859A 僅吸收8μA的靜態(tài)電流。

　　軟起動(dòng)或跟蹤

　　兩個(gè)降壓型控制器的TRACK/SS1和TRACK/SS2 引腳可用于調(diào)節(jié)軟起動(dòng)接通時(shí)間或在啟動(dòng)期間對(duì)兩個(gè)或更多的電源進(jìn)行“重合”或“比例式”跟蹤。這些關(guān)聯(lián)曲線示于圖5，并同時(shí)在主電源與從電源的TRACK/SS引腳之間布設(shè)了一個(gè)電阻分壓器。

圖5：LTC3859A 輸出電壓跟蹤：(a) 重合跟蹤 (b) 比例式跟蹤

　　保護(hù)功能

　　LTC3859A可配置成利用DCR( 電感器電阻) 或一個(gè)檢測(cè)電阻器來檢測(cè)輸出電流。至于選擇兩種電流檢測(cè)方案當(dāng)中的哪一種，在很大程度上取決于成本、功耗和準(zhǔn)確度的綜合權(quán)衡。DCR日益受到歡迎，原因是其可省去昂貴的電流檢測(cè)電阻器且效率較高，尤其是在大電流應(yīng)用中。LTC3859A擁有用于降壓通道的電流折返功能，以在輸出短路至地時(shí)幫助限制負(fù)載電流。

　　內(nèi)置比較器負(fù)責(zé)監(jiān)視降壓輸出電壓，并在輸出大于其標(biāo)稱輸出電壓的10%時(shí)指示出現(xiàn)了過壓情況。當(dāng)檢測(cè)到這種狀況時(shí)，頂端MOSFET關(guān)斷而底端MOSFET接通，直到過壓狀態(tài)被清除為止。只要過壓狀態(tài)持續(xù)存在，底端MOSFET就將連續(xù)保持接通。如果輸出電壓回歸至一個(gè)安全的電平，則自動(dòng)恢復(fù)正常操作。

　　在較高的溫度條件下，或者內(nèi)部功耗導(dǎo)致芯片內(nèi)部產(chǎn)生過量的自發(fā)熱時(shí)，過熱停機(jī)電路將關(guān)斷LTC3859A。當(dāng)結(jié)溫超過大約170℃時(shí)，過熱保護(hù)電路將停用內(nèi)置的偏置LDO，從而導(dǎo)致偏置電源降至0V并以一種有序的方式有效地關(guān)斷整個(gè)LTC3859A。一旦結(jié)溫回落至155℃左右，LDO將重新接通。

　　結(jié)論

　　可節(jié)省燃料的汽車啟動(dòng)/停止系統(tǒng)在今后的幾年里將繼續(xù)發(fā)展。對(duì)于車載信息娛樂及導(dǎo)航系統(tǒng)的供電，以及需要高達(dá)甚至超過5V電壓以實(shí)現(xiàn)正確運(yùn)作的磁盤驅(qū)動(dòng)器的供電，必須謹(jǐn)慎從事。此類系統(tǒng)在輸入電壓因引擎重新發(fā)動(dòng)而降至穩(wěn)壓范圍之外時(shí)會(huì)發(fā)生復(fù)位。LTC3859A提供了一款解決方案，它可利用其內(nèi)置的同步升壓型控制器將電池電壓提升一個(gè)安全的工作電平。LTC3859A將一個(gè)同步升壓型控制器與兩個(gè)同步降壓型控制器整合在一起，非常適合于給眾多的汽車電子設(shè)備供電，可在引擎重新發(fā)動(dòng)時(shí)保持針對(duì)所有輸出電壓的穩(wěn)壓作用。