汽車信息娛樂(lè)系統(tǒng)對(duì)電源供電的需求分析

　　始終接通系統(tǒng)

　　典型的信息娛樂(lè)系統(tǒng)都有需要始終工作的子系統(tǒng)：如GPS接收器、IR系統(tǒng)和系統(tǒng)微處理器。由于汽車點(diǎn)火裝置有時(shí)是斷開的，這些子系統(tǒng)必須直接連接到電池，以低功率模式工作。這要求靜態(tài)電流最低，而且要求這些子系統(tǒng)能夠承受點(diǎn)火裝置接通時(shí)電池和充電系統(tǒng)的電壓變化。再加上汽車中的其他電源系統(tǒng)，因此對(duì)電池的要求越來(lái)越高了，即使在點(diǎn)火裝置斷開時(shí)也是這樣?？傮w上，需要幾百毫安的電源電流來(lái)維持始終接通處理器所需的電壓，這可能在幾周之內(nèi)就能完全耗盡電池的電量。為了更好地滿足這些需求，一些汽車制造商尋求每個(gè)“始終接通”DC/DC轉(zhuǎn)換器達(dá)到100uA的最大靜態(tài)電流“目標(biāo)”。

圖3：LT3437用于汽車應(yīng)用的原理圖和電源電流

　　不過(guò)，直到最近，就轉(zhuǎn)換器而言，高輸入電壓和低靜態(tài)電流都是互不相容的參數(shù)要求。凌特公司的高壓(60V至80V)100uA降壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器系列是第一種同時(shí)滿足上述兩種要求的器件。這個(gè)系列器件的最大輸入電壓范圍為60V至80V，輸出電流范圍為450mA(LT3437)至2.5A(LT3434)，靜態(tài)電流都低于100uA。

　　圖3是LT3437的原理圖和合成電源電流。該器件以4.5V至80V的輸入電壓可以維持3.3V的穩(wěn)定輸出電壓，同時(shí)具有超過(guò)80%的效率。它采用有引線耐熱增強(qiáng)型 TSSOP-16封裝或3mm ×3mm 纖巧無(wú)引線 DFN 封裝。這兩種封裝都具有非常高的熱效率，θJC僅為10℃/W，無(wú)需任何外部散熱器。LT3437 采用獨(dú)特的突發(fā)模式設(shè)計(jì)，能夠用僅為100uA的電源電流工作，非常適用于始終接通應(yīng)用。LT3434和LT1976等類似器件也可用于電流較高的應(yīng)用，如分別適用于輸出電流為2.5A和1.25A的應(yīng)用。

　　再轉(zhuǎn)換的電源軌

　　不管電源是3.3V還是5V，在進(jìn)入信息系統(tǒng)之后都可以直接驅(qū)動(dòng)很多系統(tǒng)內(nèi)部電路，因?yàn)楹芏嚯娐范伎梢杂?.7V至5.5V的電壓工作。不過(guò)，有幾種電路需要比最初的電壓軌更高或更低的電壓。最明顯的是CD/DVD驅(qū)動(dòng)器電機(jī)，它需要8.5V電壓。有些CPU和DSP需要1.2V至1.5V的電壓，面朝后攝像機(jī)的CCD需要偏置電壓(15V和-8V)，TFT-LCD顯示器既需要偏置電壓(8V、15V和-8V)也需要白光 LED照明(高達(dá)36V)。慶幸的是，一般情況下，對(duì)電池的主電源轉(zhuǎn)換已經(jīng)起到了保護(hù)這些電壓軌免受瞬態(tài)和過(guò)壓變化影響的作用，因此在這些再轉(zhuǎn)換的電源就無(wú)需保護(hù)了。不過(guò)最大限度地降低開關(guān)噪聲成了最重要的事情，因?yàn)楹芏嚯娫崔D(zhuǎn)換都是在靠近噪聲敏感的AM、RF或GPS接收器的地方進(jìn)行的。只要開關(guān)行為是可預(yù)測(cè)的，這些潛在的噪聲和 EMI在很多敏感應(yīng)用中就都是可管理的，這一點(diǎn)已經(jīng)得到證實(shí)。如果開關(guān)穩(wěn)壓器在正常工作模式下以恒定頻率開關(guān)，而且切換邊沿是干凈和可預(yù)測(cè)的，沒(méi)有過(guò)沖或高頻振鈴，那么EMI就得到了最大限度的降低。此外，如果穩(wěn)壓器可以采用低ESR陶瓷電容器，那么輸入和輸出電壓紋波可以最大限度地降低，而這種紋波是系統(tǒng)中的潛在噪聲源。

　　驅(qū)動(dòng)DVD/CD的電動(dòng)機(jī)

　　驅(qū)動(dòng)DVD/CD的電機(jī)在8.5V時(shí)需要高達(dá)2A的電流，以轉(zhuǎn)動(dòng)CD/DVD盤片。由于這種在8.5V時(shí)相對(duì)高的負(fù)載，一般直接由電池供電，將電池電壓降低至8.5V。與從較低電壓軌升壓到8.5V相比，這個(gè)解決方案實(shí)現(xiàn)了較高的效率。直接用電池供電要求轉(zhuǎn)換器具有穩(wěn)定的輸入電壓能力，以保護(hù)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器免受高壓瞬態(tài)影響。凌特公司的 LT3430 既可以為這種應(yīng)用提供瞬態(tài)保護(hù)又可以提供所需的輸出電流。該器件具有高達(dá) 90% 的效率，采用耐熱增強(qiáng)型TSSOP-16 封裝，熱耗散很低，同時(shí)解決方案占板面積也很小。

　　微處理器和存儲(chǔ)器電源

　　任何信息娛樂(lè)系統(tǒng)中都有一些微處理器。它們的內(nèi)核都需要1.2V至2.5V的電源，而它們的存儲(chǔ)器和I/O都需要2.5V或3.0V電壓，因此需要對(duì)5V主電源或3.3V中間電壓軌降壓。效率是最重要的，因?yàn)檫@些子系統(tǒng)非常緊湊，沒(méi)有多余的地方放置散熱器。LTC3407-2就是一種滿足上述要求的穩(wěn)壓器。其同步整流拓?fù)涮峁└哌_(dá) 96%的效率，同時(shí)其恒定開關(guān)頻率為2.25MHz，保持噪聲在相鄰音頻接收器的敏感 AM頻帶之外。

　　TFT-LCD平板和CCD偏置

　　TFT平板(對(duì)角線為6英寸至10英寸)除了大約8V的中間電壓(通常稱為 AVDD)需要高達(dá)450mA的電流，一般需要較低的偏置電源，如 16V/10mA和8V/10mA。凌特公司的LT1935是一個(gè)理想的選擇。LT1935的效率高達(dá)80%，ThinSOT封裝保持解決方案占板面積最小。面朝后攝像機(jī)的CCD也需要某些類型的偏置電源，一般需要的是15V/20mA 和-8V/50mA。凌特公司的LT3472是低噪聲、恒定頻率(1.1MHz)的雙輸出升壓/負(fù)輸出型集成電路，可用2.2V至16V的輸入工作，提供所需的CCD偏置電壓。其3mm×3mm DFN封裝最大限度地縮小了解決方案占板面積，同時(shí)具有卓越的熱性能。

　　TFT-LCD白光LED背光照明

　　除了偏置電壓，TFT-LCD顯示器還需要背光照明以便觀看。傳統(tǒng)上，背光照明一直是采用CCFL實(shí)現(xiàn)的。但是，由于白光LED的尺寸更小，可靠性更高，因此在背光照明應(yīng)用中迅速取代了CCFL。由于汽車內(nèi)部光線變化和人眼對(duì)光強(qiáng)微小變化的敏感性，要求這些顯示器的背光照明有高達(dá)1000:1的寬調(diào)光范圍。凌特公司的 LT3486(參見圖 4)可以解決這一問(wèn)題。該器件是一種雙輸出降壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器，專門設(shè)計(jì)成用12V輸入電壓驅(qū)動(dòng)多達(dá)16個(gè)100mA的白光LED(每通道8個(gè)LED串聯(lián))。它用作恒定電流源，保持LED的亮度恒定，甚至每個(gè)LED的正向電壓不同時(shí)也一樣。LT3486是第一個(gè)采用“真正彩色 PWM(True Color PWM)調(diào)光”的LED驅(qū)動(dòng)器，向LED提供了恒定電流，保持LED以恒定顏色發(fā)光。調(diào)光通過(guò)降低PWM驅(qū)動(dòng)器的占空比控制。正像從圖4中可以看到的那樣，就大多數(shù)所需調(diào)光范圍而言，該器件的效率在80%到90%之間。其耐熱增強(qiáng)型TSSOP-16封裝體積很小，熱效率很高。

圖4：LT3486 汽車 TFT-LCD 背光照明原理圖和效率

　　本文總結(jié)

　　隨著汽車中使用的電子元件數(shù)量不斷快速增多，我們可以預(yù)期，電源轉(zhuǎn)換集成電路會(huì)面臨更多設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。有些器件需要穩(wěn)定的電壓輸入、低靜態(tài)電流和低噪聲，而另一些集成電路則需要為滿足LED照明等特定應(yīng)用的需求而專門定制。所有器件都需要占板面積更小，效率盡可能最高。凌特公司已經(jīng)認(rèn)識(shí)到這種發(fā)展趨勢(shì)，并已經(jīng)開發(fā)出使汽車中電子產(chǎn)品能夠加速增多的電源集成電路。