汽車(chē)信息娛樂(lè )系統對電源供電的需求分析

　　始終接通系統

　　典型的信息娛樂(lè )系統都有需要始終工作的子系統：如GPS接收器、IR系統和系統微處理器。由于汽車(chē)點(diǎn)火裝置有時(shí)是斷開(kāi)的，這些子系統必須直接連接到電池，以低功率模式工作。這要求靜態(tài)電流最低，而且要求這些子系統能夠承受點(diǎn)火裝置接通時(shí)電池和充電系統的電壓變化。再加上汽車(chē)中的其他電源系統，因此對電池的要求越來(lái)越高了，即使在點(diǎn)火裝置斷開(kāi)時(shí)也是這樣?？傮w上，需要幾百毫安的電源電流來(lái)維持始終接通處理器所需的電壓，這可能在幾周之內就能完全耗盡電池的電量。為了更好地滿(mǎn)足這些需求，一些汽車(chē)制造商尋求每個(gè)“始終接通”DC/DC轉換器達到100uA的最大靜態(tài)電流“目標”。

圖3：LT3437用于汽車(chē)應用的原理圖和電源電流

　　不過(guò)，直到最近，就轉換器而言，高輸入電壓和低靜態(tài)電流都是互不相容的參數要求。凌特公司的高壓(60V至80V)100uA降壓型DC/DC轉換器系列是第一種同時(shí)滿(mǎn)足上述兩種要求的器件。這個(gè)系列器件的最大輸入電壓范圍為60V至80V，輸出電流范圍為450mA(LT3437)至2.5A(LT3434)，靜態(tài)電流都低于100uA。

　　圖3是LT3437的原理圖和合成電源電流。該器件以4.5V至80V的輸入電壓可以維持3.3V的穩定輸出電壓，同時(shí)具有超過(guò)80%的效率。它采用有引線(xiàn)耐熱增強型 TSSOP-16封裝或3mm ×3mm 纖巧無(wú)引線(xiàn) DFN 封裝。這兩種封裝都具有非常高的熱效率，θJC僅為10℃/W，無(wú)需任何外部散熱器。LT3437 采用獨特的突發(fā)模式設計，能夠用僅為100uA的電源電流工作，非常適用于始終接通應用。LT3434和LT1976等類(lèi)似器件也可用于電流較高的應用，如分別適用于輸出電流為2.5A和1.25A的應用。

　　再轉換的電源軌

　　不管電源是3.3V還是5V，在進(jìn)入信息系統之后都可以直接驅動(dòng)很多系統內部電路，因為很多電路都可以用2.7V至5.5V的電壓工作。不過(guò)，有幾種電路需要比最初的電壓軌更高或更低的電壓。最明顯的是CD/DVD驅動(dòng)器電機，它需要8.5V電壓。有些CPU和DSP需要1.2V至1.5V的電壓，面朝后攝像機的CCD需要偏置電壓(15V和-8V)，TFT-LCD顯示器既需要偏置電壓(8V、15V和-8V)也需要白光 LED照明(高達36V)。慶幸的是，一般情況下，對電池的主電源轉換已經(jīng)起到了保護這些電壓軌免受瞬態(tài)和過(guò)壓變化影響的作用，因此在這些再轉換的電源就無(wú)需保護了。不過(guò)最大限度地降低開(kāi)關(guān)噪聲成了最重要的事情，因為很多電源轉換都是在靠近噪聲敏感的AM、RF或GPS接收器的地方進(jìn)行的。只要開(kāi)關(guān)行為是可預測的，這些潛在的噪聲和 EMI在很多敏感應用中就都是可管理的，這一點(diǎn)已經(jīng)得到證實(shí)。如果開(kāi)關(guān)穩壓器在正常工作模式下以恒定頻率開(kāi)關(guān)，而且切換邊沿是干凈和可預測的，沒(méi)有過(guò)沖或高頻振鈴，那么EMI就得到了最大限度的降低。此外，如果穩壓器可以采用低ESR陶瓷電容器，那么輸入和輸出電壓紋波可以最大限度地降低，而這種紋波是系統中的潛在噪聲源。

　　驅動(dòng)DVD/CD的電動(dòng)機

　　驅動(dòng)DVD/CD的電機在8.5V時(shí)需要高達2A的電流，以轉動(dòng)CD/DVD盤(pán)片。由于這種在8.5V時(shí)相對高的負載，一般直接由電池供電，將電池電壓降低至8.5V。與從較低電壓軌升壓到8.5V相比，這個(gè)解決方案實(shí)現了較高的效率。直接用電池供電要求轉換器具有穩定的輸入電壓能力，以保護電動(dòng)機驅動(dòng)器免受高壓瞬態(tài)影響。凌特公司的 LT3430 既可以為這種應用提供瞬態(tài)保護又可以提供所需的輸出電流。該器件具有高達 90% 的效率，采用耐熱增強型TSSOP-16 封裝，熱耗散很低，同時(shí)解決方案占板面積也很小。

　　微處理器和存儲器電源

　　任何信息娛樂(lè )系統中都有一些微處理器。它們的內核都需要1.2V至2.5V的電源，而它們的存儲器和I/O都需要2.5V或3.0V電壓，因此需要對5V主電源或3.3V中間電壓軌降壓。效率是最重要的，因為這些子系統非常緊湊，沒(méi)有多余的地方放置散熱器。LTC3407-2就是一種滿(mǎn)足上述要求的穩壓器。其同步整流拓撲提供高達 96%的效率，同時(shí)其恒定開(kāi)關(guān)頻率為2.25MHz，保持噪聲在相鄰音頻接收器的敏感 AM頻帶之外。

　　TFT-LCD平板和CCD偏置

　　TFT平板(對角線(xiàn)為6英寸至10英寸)除了大約8V的中間電壓(通常稱(chēng)為 AVDD)需要高達450mA的電流，一般需要較低的偏置電源，如 16V/10mA和8V/10mA。凌特公司的LT1935是一個(gè)理想的選擇。LT1935的效率高達80%，ThinSOT封裝保持解決方案占板面積最小。面朝后攝像機的CCD也需要某些類(lèi)型的偏置電源，一般需要的是15V/20mA 和-8V/50mA。凌特公司的LT3472是低噪聲、恒定頻率(1.1MHz)的雙輸出升壓/負輸出型集成電路，可用2.2V至16V的輸入工作，提供所需的CCD偏置電壓。其3mm×3mm DFN封裝最大限度地縮小了解決方案占板面積，同時(shí)具有卓越的熱性能。

　　TFT-LCD白光LED背光照明

　　除了偏置電壓，TFT-LCD顯示器還需要背光照明以便觀(guān)看。傳統上，背光照明一直是采用CCFL實(shí)現的。但是，由于白光LED的尺寸更小，可靠性更高，因此在背光照明應用中迅速取代了CCFL。由于汽車(chē)內部光線(xiàn)變化和人眼對光強微小變化的敏感性，要求這些顯示器的背光照明有高達1000:1的寬調光范圍。凌特公司的 LT3486(參見(jiàn)圖 4)可以解決這一問(wèn)題。該器件是一種雙輸出降壓型DC/DC轉換器，專(zhuān)門(mén)設計成用12V輸入電壓驅動(dòng)多達16個(gè)100mA的白光LED(每通道8個(gè)LED串聯(lián))。它用作恒定電流源，保持LED的亮度恒定，甚至每個(gè)LED的正向電壓不同時(shí)也一樣。LT3486是第一個(gè)采用“真正彩色 PWM(True Color PWM)調光”的LED驅動(dòng)器，向LED提供了恒定電流，保持LED以恒定顏色發(fā)光。調光通過(guò)降低PWM驅動(dòng)器的占空比控制。正像從圖4中可以看到的那樣，就大多數所需調光范圍而言，該器件的效率在80%到90%之間。其耐熱增強型TSSOP-16封裝體積很小，熱效率很高。

圖4：LT3486 汽車(chē) TFT-LCD 背光照明原理圖和效率

　　本文總結

　　隨著(zhù)汽車(chē)中使用的電子元件數量不斷快速增多，我們可以預期，電源轉換集成電路會(huì )面臨更多設計挑戰。有些器件需要穩定的電壓輸入、低靜態(tài)電流和低噪聲，而另一些集成電路則需要為滿(mǎn)足LED照明等特定應用的需求而專(zhuān)門(mén)定制。所有器件都需要占板面積更小，效率盡可能最高。凌特公司已經(jīng)認識到這種發(fā)展趨勢，并已經(jīng)開(kāi)發(fā)出使汽車(chē)中電子產(chǎn)品能夠加速增多的電源集成電路。