節省汽車(chē)燃料的有效途徑：“啟動(dòng)/停止”系統

延長(cháng)電池的工作時(shí)間

　　對于任何在系統其余部分關(guān)斷的情況下需要一根“始終保持接通”的電源總線(xiàn)的電池供電型系統而言，節省電池能量都是必須的。這種狀態(tài)通常被稱(chēng)為“睡眠”、“待機”或“空閑”模式，只要求系統具有非常低的靜態(tài)電流。在有可能包括諸多電氣電路

　　的汽車(chē)應用中，為節省電池能量而要求實(shí)現低靜態(tài)電流顯得特別重要。在待機模式中，此類(lèi)系統的總電流消耗必需盡可能低；而且，隨著(zhù)汽車(chē)的運行越來(lái)越多地依賴(lài)電子系統，汽車(chē)制造商所面臨的節省電池能量的壓力在持續地增加。

　　在睡眠模式中 ( 升壓型轉換器和兩個(gè)降壓型轉換器中的一個(gè)處于接通狀態(tài))，LTC3859A 僅吸收區區75μA的電流。當所有三個(gè)通道均接通并處于睡眠模式時(shí)，LTC3859A 的吸收電流只有100μA，從而顯著(zhù)地延長(cháng)了空閑模式中電池的工作時(shí)間。這是通過(guò)將器件配置為進(jìn)入高效率的突發(fā)模式(Burst Mode) 操作狀態(tài)來(lái)實(shí)現的，在此操作模式中，LTC3859A向輸出電容器輸送簡(jiǎn)短的電流脈沖，隨后是一個(gè)睡眠周期，此時(shí)僅由輸出電容器將輸出功率傳遞至負載。圖2示出了說(shuō)明其工作原理的概念性時(shí)序圖。

圖2：LTC3859A 的突發(fā)模式操作電壓線(xiàn)圖

　　突發(fā)模式輸出紋波與負載無(wú)關(guān)，唯一將會(huì )變化的是睡眠間隔的長(cháng)度。在睡眠模式中，大部分內部電路都被關(guān)斷，只有用于實(shí)現快速響應的關(guān)鍵電路除外，從而進(jìn)一步減小了其靜態(tài)電流。當輸出電壓的降幅足夠大時(shí)，睡眠信號電平走低，控制器通過(guò)接通頂端的外部MOSFET恢復標準的突發(fā)模式操作。另一方面，也存在這樣的情況，用戶(hù)希望器件在輕負載電流條件下工作于強制連續模式或恒定頻率脈沖跳躍模式。這兩種模式的配置均很容易，它們的靜態(tài)電流較高而峰至峰輸出紋波則較低。

　　負載突降/ 效率/ 解決方案尺寸

　　“負載突降”這一術(shù)語(yǔ)指的是起動(dòng)電機被關(guān)閉之后所發(fā)生的感應沖擊。對于一個(gè)汽車(chē)用12V鉛酸電池系統來(lái)說(shuō)，此浪涌電壓一般被箝位于36V( 最大值)。該浪涌要求控制器、MOSFET 及關(guān)聯(lián)的組件能在箝位電壓下工作。這些較高電壓器件 ( 例如：40VMOSFET) 會(huì )導致效率下降，必須謹慎地將這種不良影響降至最低。當采用圖1中的電路時(shí)，每個(gè)電壓軌的效率高于92% (如圖3所示)。為清楚起見(jiàn)，分別示出了每個(gè)降壓和升壓部分的效率。此外，圖4還示出了這款電路的布局和尺寸，其中最高的部件達4.8mm。

圖3：LTC3859A 效率與負載電流的關(guān)系曲線(xiàn) ( 針對不同的轉換器部分)

圖4：LTC3859A 演示電路板的尺寸和布局 (a) 頂面 (b) 底面。

　　啟動(dòng)和關(guān)斷

　　LTC3859A 的三個(gè)通道可采用RUN1、RUN2 和RUN3 引腳單獨關(guān)斷。把這些引腳中的任一個(gè)拉至1.2V以下都將關(guān)斷用于對應通道的主控制環(huán)路。而把所有三個(gè)引腳全部拉至0.7V以下將停用所有的控制器和大多數的內部電路，包括內置的LDO。在這種狀態(tài)下，LTC3859A 僅吸收8μA的靜態(tài)電流。

　　軟起動(dòng)或跟蹤

　　兩個(gè)降壓型控制器的TRACK/SS1和TRACK/SS2 引腳可用于調節軟起動(dòng)接通時(shí)間或在啟動(dòng)期間對兩個(gè)或更多的電源進(jìn)行“重合”或“比例式”跟蹤。這些關(guān)聯(lián)曲線(xiàn)示于圖5，并同時(shí)在主電源與從電源的TRACK/SS引腳之間布設了一個(gè)電阻分壓器。

圖5：LTC3859A 輸出電壓跟蹤：(a) 重合跟蹤 (b) 比例式跟蹤

　　保護功能

　　LTC3859A可配置成利用DCR( 電感器電阻) 或一個(gè)檢測電阻器來(lái)檢測輸出電流。至于選擇兩種電流檢測方案當中的哪一種，在很大程度上取決于成本、功耗和準確度的綜合權衡。DCR日益受到歡迎，原因是其可省去昂貴的電流檢測電阻器且效率較高，尤其是在大電流應用中。LTC3859A擁有用于降壓通道的電流折返功能，以在輸出短路至地時(shí)幫助限制負載電流。

　　內置比較器負責監視降壓輸出電壓，并在輸出大于其標稱(chēng)輸出電壓的10%時(shí)指示出現了過(guò)壓情況。當檢測到這種狀況時(shí)，頂端MOSFET關(guān)斷而底端MOSFET接通，直到過(guò)壓狀態(tài)被清除為止。只要過(guò)壓狀態(tài)持續存在，底端MOSFET就將連續保持接通。如果輸出電壓回歸至一個(gè)安全的電平，則自動(dòng)恢復正常操作。

　　在較高的溫度條件下，或者內部功耗導致芯片內部產(chǎn)生過(guò)量的自發(fā)熱時(shí)，過(guò)熱停機電路將關(guān)斷LTC3859A。當結溫超過(guò)大約170℃時(shí)，過(guò)熱保護電路將停用內置的偏置LDO，從而導致偏置電源降至0V并以一種有序的方式有效地關(guān)斷整個(gè)LTC3859A。一旦結溫回落至155℃左右，LDO將重新接通。

　　結論

　　可節省燃料的汽車(chē)啟動(dòng)/停止系統在今后的幾年里將繼續發(fā)展。對于車(chē)載信息娛樂(lè )及導航系統的供電，以及需要高達甚至超過(guò)5V電壓以實(shí)現正確運作的磁盤(pán)驅動(dòng)器的供電，必須謹慎從事。此類(lèi)系統在輸入電壓因引擎重新發(fā)動(dòng)而降至穩壓范圍之外時(shí)會(huì )發(fā)生復位。LTC3859A提供了一款解決方案，它可利用其內置的同步升壓型控制器將電池電壓提升一個(gè)安全的工作電平。LTC3859A將一個(gè)同步升壓型控制器與兩個(gè)同步降壓型控制器整合在一起，非常適合于給眾多的汽車(chē)電子設備供電，可在引擎重新發(fā)動(dòng)時(shí)保持針對所有輸出電壓的穩壓作用。