低靜態(tài)電流開關(guān)瞄準汽車電子設(shè)計

　　現(xiàn)代汽車不斷采用越來越復(fù)雜的電子系統(tǒng)。而且汽車環(huán)境對各類電子設(shè)備而言依然惡劣。工作電壓范圍必須寬，瞬態(tài)電壓很高，溫度偏移量很大，這些條件使得電子系統(tǒng)的日子很難過。此外，性能要求也日趨嚴格。系統(tǒng)的不同部分需要多種電源電壓。典型的導(dǎo)航系統(tǒng)可能具備至少6種電源，包括8.5V、5V、3.3V、2.5V、1.5V和1.2V。同時，隨著部件的增加，空間要求繼續(xù)收縮。因此，在空間限制和溫度需求等因素下，效率在空間受限系統(tǒng)中變得更加關(guān)鍵。當輸出電壓較低，電流電平超過幾百毫安時，使用線性來生成這些系統(tǒng)電壓已經(jīng)不切實際。因此在過去幾年中，主要由于散熱限制原因，開關(guān)穩(wěn)壓器逐步取代線性穩(wěn)壓器。開關(guān)穩(wěn)壓器的好處（包括更高效率、更小尺寸等）勝過了額外的復(fù)雜性和EMI考慮因素。

　　汽車環(huán)境中的開關(guān)穩(wěn)壓器需要較寬的輸入電壓-工作電壓范圍、寬負載范圍內(nèi)的較高效率、正常工作/待機/關(guān)閉時的較低靜態(tài)電流、較小的熱阻，以及最小的噪音和EMI發(fā)射量。

　　任何開關(guān)穩(wěn)壓器均需要一定的規(guī)格，以便在3V～60V的較寬輸入電壓范圍內(nèi)工作，并在那些能靠14V或42V運行的汽車系統(tǒng)中找到用武之地。60V額定電壓為那些箝位

電壓通常為36V～40V的14V系統(tǒng)提供了良好的裕量。而且這能在未來的42V系統(tǒng)中使用這種器件。因此，可以很容易將面向14V系統(tǒng)的設(shè)計升級為面向42V系統(tǒng)的設(shè)計，而無需進行重大的重新設(shè)計。

　　在較寬負載范圍內(nèi)的高效率電力轉(zhuǎn)換對于大部分汽車系統(tǒng)都十分重要。例如，對于10mA～1.2A負載范圍內(nèi)的5V輸出，可能會期望電力轉(zhuǎn)換效率達到85%左右。電流較大時，內(nèi)部開關(guān)需要良好的飽和性能——典型情況下，1A時為0.2Ω。為了改善輕載效率，驅(qū)動電流要比負載電流小，或與之成正比。此外，偏置引腳（輸出能為其供電）可以為內(nèi)部控制電路供電，從而充分利用降壓轉(zhuǎn)換器的電力轉(zhuǎn)換效率。這一偏置電流來自輸出（而非輸入），這降低了控制電路的輸入電源電流，其降低比例為輸出電壓與輸入電壓之比。例如，3.3V、100mA輸出電流需要的平均輸入電流僅為12V、30mA，從而使控制電路需要的輸入電流降至最低，并提高輕載效率。

　　即使汽車在停放時，遠程無鑰進入（RKE）、位置跟蹤、報警系統(tǒng)等許多汽車系統(tǒng)應(yīng)用依然需要持續(xù)供電。低靜態(tài)電流是這些應(yīng)用的一個主要需求。在輸出電流降到大約100mA以下之前，器件將以正常的持續(xù)切換模式運行。電流低于100mA時，開關(guān)穩(wěn)壓器必須跳過脈沖來保持穩(wěn)壓。在脈沖之間，開關(guān)穩(wěn)壓器可以進入睡眠模式，期間只有一部分內(nèi)部電路接收電力。在輕載電流狀態(tài)下，開關(guān)穩(wěn)壓器需要自動切換到一種模式，即靜態(tài)電流降至100mA以下，供12V～3.3V轉(zhuǎn)換器使用。內(nèi)部參考和“電源良好”電路在睡眠模式下依然工作，以監(jiān)視輸出電壓。在關(guān)閉期間，靜態(tài)電流應(yīng)當?shù)陀?mA。

　　理想狀況下，結(jié)到管殼熱阻應(yīng)當較低。如果將器件后部與銅相連，并焊接到表面，PCB就可以傳導(dǎo)器件的熱量。目前普遍采用的四層板配有內(nèi)部電源層，可以實現(xiàn)接近40℃/W的熱阻。那些能將熱量迅速傳導(dǎo)至金屬外殼的高環(huán)境溫度應(yīng)用，它們實現(xiàn)的熱阻接近典型的10℃/W結(jié)到管殼熱阻，這有助于擴展有效工作溫度范圍。

　　雖然開關(guān)穩(wěn)壓器比線性穩(wěn)壓器產(chǎn)生更多噪音，但其效率高得多。

　　只要開關(guān)的表現(xiàn)可以預(yù)測，結(jié)果證明噪音和EMI在許多敏感應(yīng)用中都能加以管理。如果開關(guān)穩(wěn)壓器在正常模式中切換時頻率恒定，并且切換邊緣清潔、可以預(yù)測，沒有過沖或高頻振蕩，就可以使EMI最小化。較小封裝以及較高工作頻率可以提供較小、緊湊的布局，從而最小化EMI輻射。此外，如果使用具備低等效串聯(lián)電阻（ESR）陶瓷電容的穩(wěn)壓器，就可以使輸入和輸出電壓紋波降至最小，而這些紋波是系統(tǒng)中的額外噪音來源。