汽車(chē)信息娛樂(lè )系統設計借助多輸出電源管理 IC 而簡(jiǎn)化

圖 1：LTC3676-1 的簡(jiǎn)化典型應用示意圖

面向應用處理器的 LTC3676 電源管理解決方案能夠解決上述的汽車(chē)信息娛樂(lè )系統設計難題。LTC3676HUJ PMIC 可提供一種具有 -40°C 至 +150°C 額定結溫的高溫 (H 級) 選項，能輕松滿(mǎn)足汽車(chē)的高溫工作要求。該 IC 包括一個(gè)專(zhuān)門(mén)用于結溫監視的熱報警標記和中斷，而且還具有一種硬熱停機功能，用于在功率耗散失控或發(fā)生嚴重故障的情況下提供可靠的硬件保護。

LTC3676 PWM 開(kāi)關(guān)頻率特別修整至 2.25MHz，并具有一個(gè) 1.7MHz 至2.7MHz 的保證范圍。另外，其內部穩壓器還可被設定為一種強制連續 PWM 操作模式，以防止在脈沖跳躍或突發(fā)模式中運作 (即使在輕負載時(shí)也不例外)。這不僅保持了頻率的固定，而且還可進(jìn)一步降低 DC-DC 輸出電容器上的電壓紋波。抑制輻射和傳導發(fā)射

由于 LTC3676 內置了 4 個(gè)開(kāi)關(guān)穩壓器，因此它們各有一個(gè)相關(guān)的電抗器件 (電感器) 需要予以關(guān)注。一種可行的解決方案是把 LTC3676 所在的區域屏蔽起來(lái)以防止 EMI 輻射。除了昂貴和笨重之外，此方法還未能解決由任何有可能連接至電源區域的導線(xiàn)所造成的污染問(wèn)題。更好的做法是采用輻射源抑制和天線(xiàn)消除。

輻射源抑制有必要采用合理的布局 / 組件選擇 (和內部 IC 設計) 以避免產(chǎn)生射頻能量。常常必需使用屏蔽式電感器，并將這些電感器布設在比輸出電容器距離 LTC3676更遠的地方。這是因為 AC 電流沿著(zhù)從 LTC3676 經(jīng)由電感器、輸出電容器到地并返回 LTC3676 的路線(xiàn)循環(huán)流動(dòng)。由此也可以明顯地看到，應使用寬闊的走線(xiàn) (最好是區域填充) 將輸出電容器的地連接至 LTC3676 的地、以及 PVIN 輸入去耦電容器的地。

LTC3676 還提供了幾種用于輻射源抑制的方法。其 DC-DC 轉換器特別內置了一種 dv/dt 控制功能，此功能用于減慢開(kāi)關(guān)邊緣速率以降低輻射發(fā)射。由于這些降壓穩壓器是同步型的，因而上升和下降時(shí)間均處于受控狀態(tài)。選擇了一個(gè)大約 3ns上升 / 下降時(shí)間的緩慢邊緣速率，以在通過(guò)輻射要求的同時(shí)依舊限制開(kāi)關(guān)損耗，這有助于優(yōu)化電源轉換器效率。LTC3676 中的全部 4 個(gè)降壓開(kāi)關(guān)穩壓器均默認至該 3ns 邊緣速率控制模式，不過(guò)也可以通過(guò) I2C 單獨設定至較快的 1ns 速率，以在不需要有限邊緣速率和輻射控制的情況下改善效率。

除了開(kāi)關(guān)時(shí)間控制之外，LTC3676 還提供了一些其他的 EMI 抑制手段。降壓穩壓器的頻率可在 2.25MHz 至 1.12MHz 的范圍內改變。而且，為了最大限度地抑制輸入紋波 (該紋波最終會(huì )通過(guò)電源輸入配線(xiàn)輻射)，降壓穩壓器可在兩個(gè)不同的相位時(shí)鐘之間交錯運作。

此外，LTC3676 還能提供超過(guò) 10W 的可觀(guān)功率。這會(huì )導致相當大的循環(huán)電流，因此必須為該電流的循環(huán)提供一條不間斷的通路。特別是接地平面中的縫隙，它會(huì )使大的循環(huán)電流圍繞其而流動(dòng)，從而形成縫隙天線(xiàn)。但是，諸如換層等其他障礙物則會(huì )給 EMI 特征信號提供一些能量，故應盡量減少。理想的情況是，頂層和底層應全部 (或大部分) 為接地平面，信號層則設在內部。這常常是不切實(shí)際的，于是有些設計思路自然會(huì )專(zhuān)注于怎樣在布局開(kāi)始之前連接接地平面。例如：把 LTC3676 置于 PCB 上的一角或凸耳 (tab) 就不是好主意。這將使得接地平面的正確布線(xiàn)變得非常困難。然而，先進(jìn)行 LTC3676 的高循環(huán)電流區域之布線(xiàn)卻是不錯的主意，其可確保盡可能優(yōu)化布局。

倘若能以輻射源抑制和天線(xiàn)消除原理為指導思想設計并執行 EMI 控制，就可以創(chuàng )建一個(gè)具有優(yōu)良 EMI 性能的滿(mǎn)功率系統，而不會(huì )增加產(chǎn)品成本或重量。

其他的重要特點(diǎn)

LTC3676 完全符合 2kV HBM 和 1000V CDM 的汽車(chē) ESD 要求，這是在汽車(chē)組裝過(guò)程中趨近零缺陷的另一項關(guān)鍵性的要求。再者，該 IC 還具有非常低的待機電流消耗 (通常為 12μA)，這一特性合乎汽車(chē)導航、防盜和安全系統的要求，此類(lèi)系統必須保持對用于感知時(shí)間的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路的連續供電，即使當引擎不處于運行狀態(tài)時(shí)也是如此。

最后，LTC3676 可支持簡(jiǎn)單和有效的電源排序，其可通過(guò)串行通信或引腳搭接 (按照期望的接通順序將電源輸出電壓連接至使能引腳) 來(lái)處理。在內部對每個(gè)使能動(dòng)作進(jìn)行了幾 μs 的延遲，以進(jìn)一步錯開(kāi)啟動(dòng)序列的時(shí)間。該特性由精準的低電壓使能門(mén)限提供支持，因此即使在輸出電壓低至 0.43V 的情況下也可以進(jìn)行排序。另外，還對每個(gè)電源電壓輸出實(shí)施了軟起動(dòng)，以限制浪涌電流并實(shí)現干凈的電壓轉換。見(jiàn)圖 2。

此外，LTC3676 還具備可輕松設置的斷電序列控制功能。該 IC 包括兩個(gè)用于初始化一種斷電序列配置的寄存器，下一個(gè)關(guān)斷事件或過(guò)功率故障情況將遵循該配置。每個(gè)穩壓器 (DC-DC 和 LDO) 都可被預先設定至用于停機的 4 個(gè)時(shí)隙之一。每個(gè)穩壓器輸出包括一個(gè)內部下拉電阻器，在穩壓器輸出停用時(shí)連接該電阻以保證受控放電 (如圖 3 所示) 以及下一個(gè)接通序列的低起點(diǎn)。

圖 2：LTC3676 的啟動(dòng)序列