多輸出電源IC在汽車信息娛樂系統(tǒng)中的應(yīng)用

汽車應(yīng)用的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)是頗具挑戰(zhàn)性，原因有很多：空間十分有限;工作溫度范圍必須寬廣;噪聲必須盡量抑制;必須承受電池瞬變且質(zhì)量水準(zhǔn)必須很高。由于集成度必須很高，以壓縮電路板面積，這就需要電源效率非常高的組件。汽車應(yīng)用的許多場(chǎng)合中都有著嚴(yán)格的EMC要求，其涵蓋了輻射發(fā)射和傳導(dǎo)發(fā)射、抵抗輻射和傳導(dǎo)或敏感性以及電子放電(ESD)。對(duì)于潛在的多通道IC設(shè)計(jì)而言，符合所有這些要求將影響到很多方面的性能。有些滿足起來簡(jiǎn)單明了，比如要求DC-DC開關(guān)穩(wěn)壓器工作在一個(gè)位于AM無線電頻段之外的固定頻率。然而，有的就更難應(yīng)對(duì)了，比如調(diào)整內(nèi)部功率FET的擺率，以最大限度地抑制由于DC-DC轉(zhuǎn)換器的開關(guān)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換所引起的輻射發(fā)射。

隨著開發(fā)工作的推進(jìn)，“特征蠕動(dòng)”(即產(chǎn)品規(guī)格的變更，例如輸入和輸出電壓，以及輸出電流等參數(shù))會(huì)對(duì)IC及相關(guān)分立組件的選擇產(chǎn)生嚴(yán)重的不良影響。在最好的情況下，當(dāng)某項(xiàng)系統(tǒng)規(guī)格在電路板布局排定之后發(fā)生變更時(shí)，也許通過置換可調(diào)輸出轉(zhuǎn)換器上的幾個(gè)電阻就能對(duì)某個(gè)電壓進(jìn)行微調(diào)。而在最糟糕的情況下，或許需要用引出腳不兼容的IC換掉多個(gè)現(xiàn)用的IC，因?yàn)樾碌妮敵鲭娏魉揭蟪^了這些現(xiàn)用IC的開關(guān)電流額定值。由于必需進(jìn)行電路板的重新設(shè)計(jì)和布局，因此，這將導(dǎo)致一系列的成本增加和進(jìn)度延誤。為此，需要采用一種高度專用的高性能可配置電源管理IC以正確地管理電源模塊，從而確保系統(tǒng)的所有性能優(yōu)勢(shì)皆可實(shí)現(xiàn)，并為不可避免的電源模塊系統(tǒng)變更提供靈活性。

一種簡(jiǎn)單的解決方案

過去，很多既有多輸出PMIC不具備應(yīng)對(duì)這類新式系統(tǒng)所必需的靈活性。滿足上述汽車電源管理IC設(shè)計(jì)限制的任何解決方案都必須兼有高集成度、很寬的工作溫度范圍以及高度靈活性，其中高集成度包括集成電流適中的降壓型開關(guān)穩(wěn)壓器和低壓功能。設(shè)計(jì)師所需要的是一個(gè)多通道、可配置DC/DC轉(zhuǎn)換器。

靈活的八通道降壓型穩(wěn)壓器

LTC3375是一款高度集成的通用電源管理解決方案，適用于需要多個(gè)低壓電源的系統(tǒng)。該器件具備8個(gè)獨(dú)立的1A通道，提供I2C控制、靈活的排序和故障監(jiān)視，采用緊湊的QFN封裝。同時(shí)，它還含有8個(gè)內(nèi)部補(bǔ)償、高效率同步降壓型穩(wěn)壓器和一個(gè)始終保持接通的高壓線性控制器。每個(gè)降壓型穩(wěn)壓器都有自己獨(dú)立的2.25V至5.5V輸入電源，輸出電壓范圍為0.425V至VIN。該器件的按鈕ON/OFF/RESET控制、電源接通復(fù)位和看門狗定時(shí)器提供靈活可靠的加電排序和系統(tǒng)監(jiān)視。LTC3375具備可編程和可同步1MHz至3MHz振蕩器，缺省開關(guān)頻率為2MHz。所有DC/DC斷開時(shí)，靜態(tài)電流僅為11μA，從而在始終保持接通系統(tǒng)中節(jié)省了功率。該器件適用于多種多通道應(yīng)用，包括工業(yè)、汽車和通信系統(tǒng)。

LTC3375的8個(gè)降壓型轉(zhuǎn)換器可以單獨(dú)使用，也可以并聯(lián)連接，以用單個(gè)共享電感器實(shí)現(xiàn)每輸出高達(dá)4A的較大輸出電流。因?yàn)榭梢圆⒙?lián)的相鄰穩(wěn)壓器多達(dá)4個(gè)，所以可以有15種不同的輸出配置。這些穩(wěn)壓器有兩種工作模式：突發(fā)模式(Burst Mode)在加電缺省時(shí)工作，可在輕負(fù)載時(shí)提供較高效率;強(qiáng)制連續(xù)PWM模式可在輕負(fù)載時(shí)實(shí)現(xiàn)較低噪聲。

I2C接口可用來選擇工作模式、相位、反饋調(diào)節(jié)電壓和開關(guān)轉(zhuǎn)換率。這些降壓型穩(wěn)壓器提供正向和反向電流限制、在啟動(dòng)時(shí)用軟啟動(dòng)限制浪涌電流、提供短路保護(hù)以及轉(zhuǎn)換率控制以實(shí)現(xiàn)較低的輻射EMI。其他特點(diǎn)包括指示內(nèi)部芯片溫度的芯片溫度監(jiān)視器輸出(可通過I2C讀取)和芯片溫度(DT)報(bào)警功能，當(dāng)芯片溫度達(dá)到其設(shè)定報(bào)警門限時(shí)，該功能向用戶發(fā)出警報(bào)，因此允許系統(tǒng)采取糾正行動(dòng)。LTC3375有高溫(H級(jí))版本，其額定結(jié)溫范圍為-40℃至+150℃，很容易滿足汽車的高溫運(yùn)行要求。

圖1：LTC3375 4A/3A/1A三輸出配置簡(jiǎn)化方框圖。

抑制輻射和傳導(dǎo)EMI

LTC3375 PWM開關(guān)頻率專門用400k RT電阻器微調(diào)至2MHz，具有保證的1.8MHz至2.2MHz范圍。該RT電阻器可用來在1MHz至3MHz范圍內(nèi)設(shè)定任何工作頻率。這些穩(wěn)壓器還可設(shè)定為強(qiáng)制連續(xù)PWM工作模式，即使在輕負(fù)載時(shí)也可防止以突發(fā)模式工作。這不僅保持了固定頻率，而且還降低了DC-DC輸出電容器上的電壓紋波。此外，LTC3375還可通過SYNC引腳以同步至一個(gè)1MHz至3MHz的外部時(shí)鐘，以進(jìn)一步降低系統(tǒng)噪聲。

為了專門降低輻射的EMI，LTC3375還提供一種特殊功能，即允許用戶降低開關(guān)邊沿變化率。LTC3375還為抑制電源噪聲額外提供一些工具。降壓型穩(wěn)壓器上開關(guān)的轉(zhuǎn)換率可通過I2C調(diào)節(jié)。因?yàn)檫@些降壓型穩(wěn)壓器是可同步的，所以下降和上升時(shí)間都可以延長(zhǎng)。圖2和圖3分別地顯示了以全速和減速上升和下降的開關(guān)切換曲線。

圖2：以2MHz全速上升和下降的降壓型穩(wěn)壓器開關(guān)切換曲線。

圖3：以2MHz減速上升和下降的降壓型穩(wěn)壓器開關(guān)切換曲線。

抗極端電壓偏移

汽車電子產(chǎn)品需要克服的另一個(gè)障礙是電池電壓的劇烈變化，如冷車發(fā)動(dòng)時(shí)低至大約5V，或高壓尖峰可能產(chǎn)生很高的電壓。汽車電子產(chǎn)品不僅需要承受這些嚴(yán)酷的電壓變化，而且需要連續(xù)工作。LTC3375具備按鈕控制器和外部通路FET穩(wěn)壓器，可用來啟動(dòng)外部高壓降壓型穩(wěn)壓器，然后該穩(wěn)壓器再以安全穩(wěn)定的電壓給LTC3375供電(參見圖4)。

圖4：LTC3375高壓瞬態(tài)性能。

結(jié)論

汽車儀表板上充滿了噪聲敏感源和溫度敏感源，這使IC設(shè)計(jì)困難了許多。電池電壓的劇烈變化則帶來了另一種挑戰(zhàn)。盡管存在這些障礙，但是衛(wèi)星無線電設(shè)備、觸摸屏、導(dǎo)航系統(tǒng)、藍(lán)牙、高清電視等汽車信息娛樂系統(tǒng)功能構(gòu)件的技術(shù)進(jìn)步仍然可提升了現(xiàn)代汽車的駕駛體驗(yàn)。通過使用凌力爾特非常便于配置的LTC3375單個(gè)多輸出8通道降壓型IC取代很多分立式電源IC組件或傳統(tǒng)上非常大的、過度集成的PMIC，系統(tǒng)設(shè)計(jì)師可以在系統(tǒng)中集成關(guān)鍵電源