不過(guò)，一個(gè)有極大增長(cháng)的領(lǐng)域是基于 DVD/HDD 的導航系統。這類(lèi)系統 1997 年推出，預計 2005 年全球銷(xiāo)量將超過(guò) 1300 萬(wàn)臺。就任何類(lèi)型的電子產(chǎn)品而言，汽車(chē)應用環(huán)境都一直是非常嚴酷的，這并不讓人感到意外。寬工作電壓范圍要求加上高瞬態(tài)電壓和大的溫度變化給電子系統很大的難題。更嚴重的是，性能要求不斷增高，而且系統不同的部分需要多種不同的電源電壓。

　　

今天生產(chǎn)的大多數中高檔汽車(chē)都將基于 DVD 的GPS 導航系統作為標準設備提供。然而，設計一個(gè)處理這類(lèi)系統中所有不同電壓軌的電源可能像為筆記本 PC 設計電源系統一樣復雜。一般的導航系統可能有 6 個(gè)或更多不同的電源，這包括 8V、5V、3.3V、2.5V、1.5V 和 1.2V 電源。8V 用于為旋轉光盤(pán)的 DVD 電動(dòng)機供電，這通常需要高達 2A 的峰值電流。5V 和 3.3V 電源軌一般用于系統總線(xiàn)，通常需要分別提供 2A ~ 3A 的電流。存儲器和 I/O 都需要 2.5V 電源軌，因此 1A ~ 2A 的電流足夠了。1.5V 和 1.2V 電源軌分別用于為 CPU 內核和 DSP 內核供電。這兩個(gè)軌的功率通常分別為 3W~5W。圖1顯示了具有內置導航系統的汽車(chē)內部情況。

　　

同時(shí)，隨著(zhù)這些系統中的組件數增多，可用空間也越來(lái)越小了。因此，既然任何實(shí)際的散熱系統都太大，無(wú)法輕易容納到電子系統中，那么在空間限制和工作溫度范圍這些先決條件下，轉換效率就變得更關(guān)鍵了。在低輸出電壓和甚至高于幾百毫安的中等電流時(shí)，簡(jiǎn)單地用線(xiàn)性穩壓器產(chǎn)生這些系統電壓不再有實(shí)際意義。因此，在過(guò)去幾年中，主要由于熱量限制，開(kāi)關(guān)穩壓器一直在不斷地取代線(xiàn)性穩壓器。開(kāi)關(guān)的好處包括效率提高和占板面積減小，與額外的復雜性和 EMI 問(wèn)題相比，還是利大于弊的。

 

 

考慮到這些限制因素，一個(gè)開(kāi)關(guān)穩壓器用于汽車(chē)導航系統時(shí)，需要具有以下特點(diǎn)：

　　

● 寬輸入工作范圍

● 在寬負載范圍內的高效率

● 在正常工作、備用和停機時(shí)具有低靜態(tài)電流

● 低熱阻

● 噪聲和 EMI 輻射最低

● 負載突降抗毀性

　　

讓我們來(lái)更詳細地逐一考慮這些重要特性。

 

寬輸入工作范圍

　　

任何開(kāi)關(guān)穩壓器都需要規定工作在 3V~60V的寬輸入電壓范圍，以確保滿(mǎn)足“冷車(chē)發(fā)動(dòng)”和“負載突降”情況的要求。寬輸入電壓范圍還有一個(gè)附加的好處：允許這些汽車(chē)系統在14V或42V電壓上工作。而且，60V額定值為14V系統提供了良好的裕度，這種系統通常箝位在36V~40V的范圍。

 

效率

　　

在大多數汽車(chē)系統中，寬負載范圍內的高效率電源轉換都是極其重要的。例如，在10mA ~ 2.5A的負載范圍內，5V輸出希望的電源轉換效率大約為 85%。在大電流時(shí)，內部開(kāi)關(guān)需要有良好的飽和度，一般在 3A 時(shí)為 0.1Ω。為了提高輕負載時(shí)的效率，要降低驅動(dòng)電流或者讓驅動(dòng)電流與負載電流成正比。內部控制電路也可以通過(guò)偏置引腳供電，而偏置引腳可以由輸出供電。這利用了降壓轉換器的電源轉換效率。實(shí)際上，這個(gè)偏置電流是從輸出而不是輸入獲得的，這就按照輸出與輸入電壓比降低了控制電路所需的輸入電源電流。例如，一個(gè)在3.3V時(shí)為100mA 的輸出電流在12V時(shí)僅需要平均 30mA 的輸入電流。這最大限度地降低了控制電路所需的輸入電流，并提高了輕負載時(shí)的效率。

 

低靜態(tài)電流

　　

有很多汽車(chē)系統應用需要連續功率，甚至在汽車(chē)停車(chē)后也是這樣。這些應用的一個(gè)關(guān)鍵要求是低靜態(tài)電流。在輸出電流降至低于大約 100mA 之前，這種應用設備會(huì )一直以正常的連續開(kāi)關(guān)模式工作。低于這一電流值以后，開(kāi)關(guān)穩壓器必須進(jìn)行脈沖跳躍以維持穩定電壓。穩壓器在脈沖之間可以進(jìn)入休眠模式，在這種模式中，只對部分內部電路供電。在輕負載電流時(shí)，開(kāi)關(guān)穩壓器需要自動(dòng)切換到突發(fā)模式工作。就 12V~3.3V 的轉換器而言，在這種模式中，靜態(tài)電流應該降至低于100mA。內部基準和電源良好電路在休眠模式時(shí)將保持運行以監視輸出電壓。靜態(tài)電流在停機時(shí)應該低于1mA。

 

低熱阻

　　

理想情況下，節點(diǎn)至外殼的熱阻應該較低。如果器件的底面是露銅的并焊接到PC板表面，那么PC板可將熱量從器件中傳導出去?，F在常用具有內部電源平面 的 4 層電路板可以實(shí)現40℃/W 范圍內的熱阻。對金屬外殼熱量有良好傳導作用的高環(huán)境溫度應用可實(shí)現的熱阻接近10℃/W的典型節點(diǎn)至外殼熱阻。這有助于擴大有用的工作溫度范圍。

 

噪聲與 EMI 輻射問(wèn)題

　　

盡管開(kāi)關(guān)穩壓器比線(xiàn)性穩壓器產(chǎn)生較大噪聲，但是開(kāi)關(guān)穩壓器的效率卻高得多?，F在已經(jīng)證明，在很多敏感應用中，噪聲和 EMI 是可管理的，只要開(kāi)關(guān)按預期工作就行。如果一個(gè)開(kāi)關(guān)穩壓器在正常工作模式時(shí)以恒定頻率開(kāi)關(guān)，切換邊緣是干凈并可預測的，沒(méi)有過(guò)沖或高頻振鈴，那么就可以最大限度減小 EMI。小封裝尺寸和高工作頻率可以實(shí)現小且緊湊的布局，這也最大限度地減小了 EMI 輻射。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都可以最大限度地減小，這種紋波是系統中噪聲的附加來(lái)源。

 

負載突降時(shí)不被損壞的能力

 

“負載突降”指的是在交流發(fā)電機給電池充電時(shí)電池電纜斷接的情形。圖2顯示了由負載突降引起的典型電流脈沖。這種突然斷接可能產(chǎn)生高達60V的瞬態(tài)電壓尖峰，因為交流發(fā)電機試圖給電池完全充電。交流發(fā)電機上的瞬態(tài)電壓抑制器通常把總線(xiàn)電壓“箝位”于36V和60V之間，因而使得交流發(fā)電機的下游器件主端DC/DC轉換器能夠承受 60V 的瞬態(tài)“尖峰”。由于希望這些轉換器以及由這些轉換器供電的子系統在瞬態(tài)事件發(fā)生期間和發(fā)生以后正常工作，所以DC/DC轉換器能夠處理這種高瞬態(tài)電壓是至關(guān)重要的。目前有各種可在外部實(shí)施的“保護”電路（通常是瞬態(tài)電壓抑制器），但是這些電路增加了成本并需要占用寶貴的電路板空間。凌特公司的高壓開(kāi)關(guān)穩壓器都能承受高達60V的瞬態(tài)電壓，同時(shí)在不對系統性能或可靠性造成影響的前提下維持輸出穩定。一般情況下，這些穩壓器都是降壓型或降壓-升壓型轉換器，可經(jīng)受由充電/電池系統中斷引起的汽車(chē)電池和交流發(fā)電機的電壓置換。

 

 

● 負載突降瞬態(tài)是由正在充電的電池意外斷接引起的電壓尖峰。

● 負載突降瞬態(tài)規格為 36V ~ 60V，但是取決于具體使用的是哪一代電源以及所用的控制方法。

● 如果不加抑制，負載突降瞬態(tài)可能損壞電源總線(xiàn)上的很多電子元件。

　　

具有內在高壓瞬態(tài)和高效率要求的汽車(chē)子系統對電源設計提出了越來(lái)越高的要求。這些電源必須在非常緊湊的占板面積上提供大功率、高效率和低噪聲，而且必須在寬輸入電壓范圍內維持高效率。有些 DC/DC 轉換器解決方案在高輸入電壓時(shí)可以滿(mǎn)足上述部分要求，但是它們在低輸入電壓時(shí)無(wú)法保持高效率。很多這類(lèi)轉換器都有頻率補償電路，需要笨重的輸入和輸出電容器，這不僅增大了解決方案的總體尺寸，而且還導致高輸出紋波電壓。

　　

凌特公司最近推出的DC/DC轉換器LT3434解決了上述汽車(chē)導航應用的很多關(guān)鍵問(wèn)題，它屬于一個(gè)不斷擴大的 60V單片降壓型開(kāi)關(guān)穩壓器系列。LT3434工作在3.3V~60V的寬輸入電壓范圍，參見(jiàn)圖 3。它在負載電流高達2.5A 時(shí)仍具有高效率。在所有電壓、負載和溫度條件下，其基準準確度均為±2%。

 

 

由于具有能以突發(fā)模式（BurstMode）工作的特點(diǎn)，就 12V~3.3V應用而言，其靜態(tài)電流低于 100uA。該器件采用小型扁平 TSSOP 封裝，具有非常低的熱阻，允許設計占板面積小的方案。最后，它采用電流模式拓撲以獲得良好的瞬態(tài)響應和容易實(shí)現補償，以及用獲得專(zhuān)利的電路在所有占空比條件下保持恒定峰值開(kāi)關(guān)電流。開(kāi)關(guān)頻率是恒定的 200kHz，而且該器件也可以與更高的頻率同步。它在汽車(chē)溫度范圍內提供嚴格穩定的電壓，并具有電源良好/復位、軟啟動(dòng)和 UVLO 功能。該集成電路可為汽車(chē)降壓型應用組成電流高達 2.5A 和堅固、高效且占板面積小的解決方案。

 

結論

　　

盡管汽車(chē)導航系統設計非常復雜，而且要求高性能模擬DC/DC轉換器，但是無(wú)需驚慌。像凌特公司這樣的供應商正在推出一批“新潮”穩壓器，這些穩壓器兼有大量關(guān)鍵功能，使電源設計對系統工程師來(lái)說(shuō)不再那么傷腦筋了。

 

 

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