汽車(chē)設計需要低EMI同步降壓型轉換器
加入技術(shù)交流群
更小的電源轉換電路
有幾種方式可以縮小電源轉換電路。一般而言，電路中最大的組件不是電源 IC，而是外部電感器和電容器。通過(guò)將 IC 的開(kāi)關(guān)頻率從 400kHz 提高到 2MHz，這些外部組件的尺寸可以大大減小 (解決方案占板面積可以減小 4 倍)。但是為了有效做到這一點(diǎn)，電源 IC 必須在較高頻率時(shí)提供高效率，這在以前一直是不可行的。不過(guò)，通過(guò)采用新的工藝和設計方法，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出提供 95% 以上效率同時(shí)以 2MHz 切換的同步電源 IC。高效率工作最大限度地降低了功耗，消除了對散熱器的需求，并且高效率工作還增加了可保持開(kāi)關(guān)噪聲處于 AM 頻段以外的好處。
“始終保持接通”系統需要超低電源電流
很多電子子系統都需要在“待機”或“?；?rdquo;模式工作，處于這種狀態(tài)時(shí)以穩定電壓吸取最低限度的靜態(tài)電流。在大多數導航、行車(chē)安全、安保以及引擎管理電子電源系統中都能看到這類(lèi)電路。此外，這類(lèi)子系統每個(gè)都可能含有幾個(gè)微處理器和微控制器。大多數豪華型汽車(chē)都內置超過(guò) 150 個(gè)這類(lèi)DSP，其中大約 20% 需要始終保持接通工作。在這類(lèi)系統中，電源轉換 IC 必須以?xún)煞N不同的模式工作。首先，當汽車(chē)處于運行時(shí)，為這些 DSP 供電的電源轉換電路一般會(huì )以電池和充電系統饋送的滿(mǎn)電流工作。不過(guò)，當汽車(chē)點(diǎn)火系統關(guān)閉時(shí)，這些系統中的微處理器必須“始終保持接通”，從而要求其電源 IC 提供恒定電壓，同時(shí)從電池吸取最低限度的電流。既然可能有超過(guò) 30 個(gè)這類(lèi)始終保持接通的處理器同時(shí)工作，那么，即使當點(diǎn)火系統關(guān)閉時(shí)，對電池也有相當大的功率需求?？傮w而言，可能需要數百毫安電源電流為這些始終保持接通的處理器供電，這有可能在幾天時(shí)間內徹底耗盡一個(gè)電池的電量。
因此，這些電源 IC 的靜態(tài)電流需要大幅降低以延長(cháng)電池壽命，且不增加電子系統的尺寸或復雜性。直到最近，對于 DC/DC 轉換器而言，高輸入電壓和低靜態(tài)電流要求還是相互排斥的參數。大約十年前，幾家汽車(chē)制造商為始終接通的 DC/DC 轉換器確定了一個(gè)<100μA 的低靜態(tài)電流目標，但是今天，低于 10μA 已成為首選。幸運的是，現在已有新一代電源 IC 可用，這些 IC 在備用模式下提供低于 2.5μA 靜態(tài)電流。
新型解決方案
直到現在，仍然沒(méi)有辦法確保通過(guò)選擇電源 IC 使 EMI 得到抑制，并滿(mǎn)足效率要求。不過(guò) LT8640 Silent Switcher穩壓器使這些成為可能。LT8640 是 Silent Switcher 高壓同步降壓型穩壓器系列的第二款器件。該器件是一款 5A(連續電流，峰值電流 7A)、42V 輸入同步降壓型開(kāi)關(guān)穩壓器。正如在圖 3 中可以看到的那樣，在沒(méi)有啟動(dòng)擴展頻譜功能時(shí)，EMI 輻射比汽車(chē) CISPER 25 Class 5 峰值限制值低 10dB 至 30dB。在最關(guān)鍵的汽車(chē)頻段，擴展頻譜將這些輻射值再降低5dB 至10dB。與現有最新開(kāi)關(guān)穩壓器相比，EMI 輻射合起來(lái)可降低超過(guò) 25dB。圖3中 LT8640 以 2MHz 頻率切換，負載電流為 4A，無(wú)需外部 EMI 屏蔽。
圖 3 有/無(wú)擴展頻譜時(shí) LT8640 的EMI 輻射性能 (fSW=2MHz，ILOAD=4A)
Radiated EMI Performance： EMI 輻射性能
CISPR25 Radiated Emission Test with Class 5 Peak Limits：具 Class 5 峰值限制的 CISPR25 輻射測試
AMPLITUDE：幅度
VERTICAL POLARIZATION：垂直極化
PEAK DETECTOR：峰值檢測器
CLASS 5 PEAK LIMIT：Class 5 峰值限制
BURSTMODE：突發(fā)模式
SPREAD SPECTRUM MODE：擴展頻譜模式
FREQUENCY：頻率
圖 4 所示為 LT8640 的原理圖。同步整流無(wú)需任何外部二極管，從而提高了效率，同時(shí)減小了解決方案占板面積。這個(gè)原理圖電路采用 3.3μH 電感器，以 1MHz 開(kāi)關(guān)頻率切換，提供 96% 的效率。不過(guò)，正如在圖 5 中所能看到的那樣，以 2MHz 頻率運行 LT8640 避開(kāi)了與 AM 無(wú)線(xiàn)電頻段有關(guān)的任何干擾問(wèn)題，且可以使用更小的 2.2μH 電感器，同時(shí)仍然提供 95% 的效率。LT8640 運用獨特設計，最大限度地降低了開(kāi)關(guān)損耗，使該器件能夠以 2MHz 或更高的開(kāi)關(guān)頻率提供較高的效率。
圖 4 LT8640 典型汽車(chē)應用原理圖，提供 5V 輸出
圖 5 LT8640 在 1MHz、2MHz 和 3MHz 時(shí)的效率曲線(xiàn)
12VIN to 5VOUT Efficiency：12VIN 至 5VOUT 效率
EFFICIENCY：效率
POWER LOSS：功耗
LOAD CURRENT：負載電流
LT8640的3.4V至42V輸入電壓范圍使該器件非常適合汽車(chē)及工業(yè)應用。內部高效率開(kāi)關(guān)在電壓低至0.97V時(shí)提供高達5A的連續輸出電流和7A峰值負載。其突發(fā)模式 (Burst Mode) 工作僅消耗 2.5μA 靜態(tài)電流，從而非常適合汽車(chē)始終保持接通系統等應用，因為這類(lèi)系統需要延長(cháng)電池工作壽命。LT8640 的獨特設計在所有條件下保持了僅為100mV(在1A) 的最小壓差電壓，從而使該器件在汽車(chē)冷車(chē)發(fā)動(dòng)等情況下表現出色。此外，短至僅為 40ns 的最短接通時(shí)間在16V輸入至1.5V輸出時(shí)實(shí)現了 2MHz 恒定頻率切換，從而使設計師能夠優(yōu)化效率，同時(shí)避開(kāi)關(guān)鍵噪聲敏感頻段。LT8640 的20 引線(xiàn)3mmx4mmQFN封裝和高開(kāi)關(guān)頻率允許使用很小的外部電感器和電容器，可構成占板面積緊湊的高熱效率解決方案。
結論
汽車(chē)中極端復雜的電子系統迅速增加，對電源管理 IC 提出了更高的要求，同時(shí)大負載電流、高開(kāi)關(guān)頻率和高效率設計合起來(lái)帶來(lái)了巨大的 EMI 挑戰。不過(guò)，LT8640 的獨特設計提供了高效率、快速切換性能，實(shí)現了占板面積非常緊湊的解決方案，并且 EMI 輻射超低，從而在電源 IC 領(lǐng)域樹(shù)立了全新標準，也為未來(lái)汽車(chē)中增加更多的電子系統鋪平了道路。
評論