電源芯片在汽車(chē)市場(chǎng)的發(fā)展及應用

　　1. 電源產(chǎn)品在汽車(chē)市場(chǎng)的發(fā)展趨勢是怎樣的?

　　答：汽車(chē)市場(chǎng)是凌力爾特著(zhù)重關(guān)注的一個(gè)終端市場(chǎng)。在上一個(gè)財政年度里，該市場(chǎng)的銷(xiāo)售額在公司總銷(xiāo)售額中所占的比重增長(cháng)到了 20%，持續領(lǐng)跑于公司的整體增長(cháng)水平。在汽車(chē)行業(yè)中，大量的創(chuàng )新與差異化都來(lái)源于汽車(chē)電子產(chǎn)品。人們對于改善安全性、燃油效率和駕乘舒適性的需求帶來(lái)了重大的發(fā)展機遇?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)及全電動(dòng)汽車(chē)的激增將穩步地拉動(dòng)創(chuàng )新型模擬產(chǎn)品的需求。除了車(chē)載電子產(chǎn)品的增多之外，預計全球主要的汽車(chē)市場(chǎng)也將呈現穩中見(jiàn)長(cháng)之勢。

　　汽車(chē)電子系統中的許多應用電路都需要連續供電，即使在汽車(chē)停泊時(shí)也不例外，比如：遙控無(wú)鑰匙進(jìn)入、安全、甚至個(gè)人信息娛樂(lè )系統，常常包括導航、GPS 定位和緊急呼叫 (e-call) 功能?；蛟S人們很難理解為什么這些系統即使在汽車(chē)停駛時(shí)仍然必須保持接通狀態(tài)，但是，出于應急和安全的考慮，此類(lèi)系統的 GPS 關(guān)聯(lián)電路的確必須 “始終保持接通”。這項要求并非可有可無(wú)，有了它就可以在需要的情況下通過(guò)外部操作實(shí)現基本的控制。此類(lèi)應用的一項關(guān)鍵要求是低靜態(tài)電流，旨在延長(cháng)電池的使用壽命。凌力爾特一直在生產(chǎn)待機靜態(tài)電流小于 5μA 的開(kāi)關(guān)穩壓器。因此，這些產(chǎn)品可以很好地被中國的汽車(chē)電子制造商所接納。

　　凌力爾特公司電源產(chǎn)品部產(chǎn)品市場(chǎng)總監Tony Armstrong

　　在大多數汽車(chē)環(huán)境中，開(kāi)關(guān)穩壓器經(jīng)常在那些重視低散熱量和高效率的地方取代線(xiàn)性穩壓器。而且，開(kāi)關(guān)穩壓器通常是輸入電源總線(xiàn)線(xiàn)路上的首個(gè)有源組件，因而對整個(gè)產(chǎn)品設計的 EMI 性能具有重大的影響。濾波器常常用于通過(guò)衰減某特定頻率或一個(gè)頻率范圍內的強度以降低 EMI。穿越空間傳播 (輻射) 的部分能量可通過(guò)增設金屬和磁屏蔽來(lái)衰減。而依靠 PCB 走線(xiàn)進(jìn)行傳播 (傳導) 的那部分能量則通過(guò)增設鐵氧體磁珠和其他濾波器來(lái)抑制。EMI 無(wú)法徹底消除，但能衰減至可被其他通信、信號處理和數字組件接受的水平。

　　不管每年的汽車(chē)銷(xiāo)售量有多少，汽車(chē)中的電子產(chǎn)品使用量都將持續增加?；旌蟿?dòng)力汽車(chē)和全電動(dòng)汽車(chē)的宣傳造勢將進(jìn)一步推動(dòng)該市場(chǎng)的成長(cháng)。隨著(zhù)電池越來(lái)越多地用作電源，人們同樣需要最大限度地延長(cháng)其有效使用壽命。電池電量失衡 (電池組中個(gè)別電池單元的電荷狀態(tài)失配) 是大型鋰電池組所存在的一個(gè)問(wèn)題，其產(chǎn)生根源在于制造工藝、工作條件及電池老化方面的偏差。這種電量失衡會(huì )導致電池組總容量的下降，并有可能損壞電池組。電量失衡將導致電池無(wú)法進(jìn)行從“充電狀態(tài)”到“放電狀態(tài)”的跟蹤，而假如不能進(jìn)行嚴密的電量監視，就會(huì )造成電池過(guò)度充電或過(guò)度放電，從而將永久性地損壞電池。

　　混合動(dòng)力汽車(chē)與電動(dòng)汽車(chē)電池組中使用的電池由電池制造商根據容量和內阻進(jìn)行分選，以減小裝運至客戶(hù)的某一給定批次中各個(gè)電池之間的偏差。然后，利用經(jīng)過(guò)仔細挑選的電池來(lái)制作汽車(chē)電池組，以改善電池組中各電池單元之間的總體電量匹配水平。從理論上講，這種做法應能避免在電池組中形成大的電量失衡，但盡管如此，業(yè)界的共識是：當制作大型電池組時(shí)，仍然需要進(jìn)行電池電量測量和電池電量平衡以保持高電池容量，從而獲得長(cháng)久的電池組使用壽命。正是在這一應用領(lǐng)域，凌力爾特的新型電池管理系統 (BMS) 產(chǎn)品系列受到了用戶(hù)的極大歡迎，這在目前已投產(chǎn)和路上行駛的轎車(chē)和公共汽車(chē)中使用，并且是為數極少的 BMS 產(chǎn)品之一。

　　2. 依貴公司看，這個(gè)細分領(lǐng)域中，電源/電源芯片的應用與創(chuàng )新是什么?

　　答：由于汽車(chē)市場(chǎng)對于凌力爾特來(lái)說(shuō)是一個(gè)重要的市場(chǎng)，因此我們專(zhuān)門(mén)調配了大量的設計資源，以著(zhù)重開(kāi)發(fā)那些可解決上述問(wèn)題的產(chǎn)品。

　　例如，針對 EMI 問(wèn)題的被證明行之有效的方法是為整個(gè)電路使用一個(gè)屏蔽盒，盡管那樣，屏蔽措施也并不能阻止至屏蔽盒內部之敏感電路的耦合。當然，這增高了成本、增加了所需的電路板空間、使得熱管理和測試更加困難，并引入了額外的組裝費用。另一種常用的方法是減緩開(kāi)關(guān)邊緣速率。這種做法具有降低效率、增加最小導通 / 關(guān)斷時(shí)間及其關(guān)聯(lián)的死區時(shí)間、以及犧牲潛在電流控制環(huán)路速度等不良影響。

　　幾年前，凌力爾特推出了我們的 LT8614 Silent Switcher® 穩壓器，其在未使用屏蔽盒的情況下提供了屏蔽盒的預期作用，同時(shí)還消除了上述的許多缺陷。然而，在某些噪聲應用中，電源設計師就是不喜歡使用基于電感器的穩壓器，原因是存在與其相關(guān)聯(lián)的 EMI 輻射。與此同時(shí)，線(xiàn)性穩壓器 (亦稱(chēng) LDO) 的使用也可能由于其轉換效率相對較低和需要采取散熱措施而被排除在外。因此，他們會(huì )轉向一種常用的替代方案，即充電泵。于是，我們推出了 LTC3245 和 LTC3260，以為設計師提供另一種介于上述兩種方法之間的實(shí)用型替代解決方案。

　　3. 貴公司的芯片或解決方案的優(yōu)勢是什么，有哪些創(chuàng )新性的解決方案?

　　答：LTC3245 是一款降壓-升壓型穩壓器，其免除了傳統的電感器并使用了一個(gè)開(kāi)關(guān)電容器充電泵作為替代。其輸入電壓范圍為 2.7V 至 38V，而且它能夠在未使用一個(gè)反饋分壓器的情況下用于產(chǎn)生兩個(gè)固定輸出電壓 (3.3V 或 5V) 之一，或通過(guò)一個(gè)反饋分壓器以設置從 2.5V 至 5.5V 的任何輸出電壓。最大輸出電流為 250mA。LTC3245 能調節一個(gè)高于或低于輸入電壓的電壓，從而使其可滿(mǎn)足汽車(chē)的冷車(chē)發(fā)動(dòng)要求。它的完整原理圖請見(jiàn)圖 1。

　　圖 1：采用一個(gè) 2.7V 至 38V 輸入提供一個(gè)固定 5V輸出的 LTC3245 原理圖

　　該充電泵在采用一個(gè) 12V 電源提供 5V/100mA 輸出時(shí)能夠實(shí)現 80% 的效率，幾乎比線(xiàn)性穩壓器高出兩倍，從而可避免采用散熱器之 LDO 的空間和成本要求。與 LDO 相比，它在滿(mǎn)負載條件下所產(chǎn)生的功率損耗幾乎低了三倍。LTC3245 的效率和功率損耗曲線(xiàn)見(jiàn)圖 2。

　　圖 2：LTC3245 采用 12V 輸入產(chǎn)生 5V 輸出時(shí)的效率 / 功率損耗曲線(xiàn)

　　另外，LTC3245 還擁有卓越的輻射和傳導 EMI 性能，如圖 3a 和 3b 所示。這些測量是按照 CISPR22 和 CISPR25 標準在一個(gè)微室中進(jìn)行的。由圖可見(jiàn)，在正確去耦的情況下，LTC3245 在力圖滿(mǎn)足針對輻射發(fā)射和傳導發(fā)射的政府監管條例時(shí)不會(huì )產(chǎn)生任何問(wèn)題。

　　圖 3：LTC3245 的輻射 (a) 和傳導 (b) 發(fā)射

　　在許多工業(yè)、醫療和汽車(chē)應用中，諸如運算放大器、驅動(dòng)器或傳感器等電子組件的運作通常需要雙極性電源。然而，在負載點(diǎn)卻很少有一個(gè)可用的雙極性電源。正是由于存在此需求，而且缺少一種簡(jiǎn)單易用的解決方案，因此凌力爾特開(kāi)發(fā)了 LTC3260。

　　LTC3260 是一款具有兩個(gè)低噪聲 LDO 穩壓器跟隨器的負輸出充電泵 DC/DC轉換器，可利用單個(gè) 4.5V至 32V 輸入電源產(chǎn)生正和負電源，如圖 4 中的完整原理圖所示。該器件能夠在高效率的突發(fā)模式 (Burst Mode®) 操作與低噪聲的恒定電流頻率模式之間切換，從而使設計師能夠針對應用的具體情況做出最佳的折衷。

　　LTC3260 可利用反相輸入電壓在其充電泵輸出端 (VOUT) 上提供高達 100mA 的電流。另外，該 VOUT 還充當一個(gè)負 LDO 穩壓器 (LDO-) 的輸入電源。充電泵頻率可由單個(gè)電阻器在 50kHz 至 500kHz 的范圍內調節。LTC3260 的每個(gè) LDO 能支持高達 50mA 的負載。而且，每個(gè) LDO 具有 300mV 的壓差電壓 (在 50mA)，一個(gè)輸出電阻分壓器網(wǎng)絡(luò )可設定輸出電壓。當兩個(gè)穩壓器均被停用時(shí)，停機靜態(tài)電流僅為 2μA。

　　圖 4：一個(gè) 12V 輸入電源至 ±5V 輸出