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三通道降壓穩(wěn)壓器配合升壓型控制器以滿足寬 VIN 范圍汽車應(yīng)用的嚴(yán)苛要求

發(fā)布時間:2018-09-17 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】汽車存在空間受限和遭受嚴(yán)酷環(huán)境的狀況,因此需要可靠而緊湊的電源供日益復(fù)雜的電子系統(tǒng)使用。LT8603緊湊型穩(wěn)壓器是一款堅固型解決方案,將兩個高電壓 2.5A 和 1.5A 降壓穩(wěn)壓器、一個低電壓 1.8A 降壓穩(wěn)壓器和一個升壓型控制器整合在一個緊湊的 6 mm x 6 mm QFN 封裝中。例如,在以下解決方案中使用時,升壓型控制器可簡化寬輸入、多輸出電源的設(shè)計:
 
• 可耐受冷車發(fā)動并具三個穩(wěn)定輸出的電源
• 四個穩(wěn)定的輸出 (第四個電源軌作為 SEPIC)
• 依靠一個降壓穩(wěn)壓器供電的升壓型控制器
可耐受冷車發(fā)動并具三個穩(wěn)定輸出的電源
 
在汽車應(yīng)用中,需要依靠穩(wěn)定的 5 V、3.3 V 和低于 2 V 的電源軌為各種各樣的模擬和數(shù)字 IC 供電,這些 IC 可能需要不同電源軌,用于內(nèi)容、處理器 I/O 和內(nèi)核。這些電源軌是采用 12V 標(biāo)稱汽車電池電壓 VBAT (其通常在 8 V 至 16 V 的范圍內(nèi)) 產(chǎn)生的。高效率降壓型穩(wěn)壓器能夠滿足大多數(shù)場合的需要,但是在冷車發(fā)動期間 VBAT 會降至 2 V 并持續(xù)幾十毫秒,如果直接從 VBAT 供電,則此時單純依靠降壓型穩(wěn)壓器將喪失穩(wěn)壓狀態(tài)。
 
LT8603 升壓型控制器可在低至 2 V 的電壓下工作,從而使其非常適合用作為降壓穩(wěn)壓器供電的前置穩(wěn)壓器。VBAT 降至 8.5 V 以下時,升壓型控制器輸出 (OUT4) 被調(diào)節(jié)至 8 V。兩個高電壓降壓穩(wěn)壓器能夠安然度過冷車發(fā)動過程,并提供恒定的 5 V 和 3.3 V 輸出,如圖 1 所示。一旦 VBAT 從冷車發(fā)動恢復(fù)至 8 V 以上,升壓型控制器只是簡單地?fù)碛写┩ǘO管的作用。高電壓降壓穩(wěn)壓器能夠處理高達(dá) 42 V 的 VBAT。在圖 1 中,低電壓降壓穩(wěn)壓器從 OUT2 供電,可在冷車發(fā)動過程中提供 1.2 V。
 
三通道降壓穩(wěn)壓器配合升壓型控制器以滿足寬 VIN 范圍汽車應(yīng)用的嚴(yán)苛要求
圖 1:可耐受冷車發(fā)動并具三個穩(wěn)定輸出的電源。三個降壓穩(wěn)壓器利用一個升壓前置穩(wěn)壓器 (VOUT4) 供電,從而在一個 VBAT 冷車發(fā)動過程中為所有三個輸出提供精確的穩(wěn)壓 (也示于圖中)。
 
四個穩(wěn)定的輸出 (第四個電源軌作為 SEPIC)
 
VBAT 可以長時間處于高電平,例如:在雙電池助推啟動期間或在 24V 系統(tǒng)中。這對圖 1 中的升壓穩(wěn)壓器沒有影響,當(dāng) VBAT 高于 8 V 時,VBAT 通過,但是兩個高電壓降壓穩(wěn)壓器的電流輸出能力在較高 VBAT 條件下通常受到熱限制,這是由于開關(guān)損耗增加所致,特別是在汽車應(yīng)用中常用的 2 MHz 開關(guān)頻率下。
 
溫升可通過降低開關(guān)頻率或減低降壓穩(wěn)壓器的工作電壓予以控制。在圖 2 中,第四個通道被設(shè)置為 SEPIC,為高電壓降壓穩(wěn)壓器供電,該通道的輸出被調(diào)節(jié)在 12 V,這是最適合降壓穩(wěn)壓器的效率的。通過以最佳效率運行降壓穩(wěn)壓器,可使溫升處于良好的受控狀態(tài)。圖 2 示出了一種產(chǎn)生四個準(zhǔn)確穩(wěn)壓輸出的簡易方法。在輕負(fù)載條件下,該電路可在輸入低至 2 V 時保持穩(wěn)壓作用。
 
三通道降壓穩(wěn)壓器配合升壓型控制器以滿足寬 VIN 范圍汽車應(yīng)用的嚴(yán)苛要求
圖 2:專為實現(xiàn)高效率而優(yōu)化并由一個 SEPIC 供電的高電壓降壓穩(wěn)壓器。
 
依靠其中一個降壓穩(wěn)壓器供電的升壓型控制器
 
有些汽車應(yīng)用需要一個穩(wěn)定的高電壓 (比如 54 V)。產(chǎn)生該穩(wěn)定高電壓軌的一種方法是采用其中一個高電壓降壓穩(wěn)壓器的輸出來驅(qū)動升壓穩(wěn)壓器,如圖 3 所示。只要 VBAT 高于高電壓降壓穩(wěn)壓器的最小輸入電壓,那么所有四個輸出都是穩(wěn)定的。降壓穩(wěn)壓器限制了升壓轉(zhuǎn)換器的最大電流,因而可保護(hù)升壓轉(zhuǎn)換器免受短路的損壞,并提供逐周期電流限制功能。
 
三通道降壓穩(wěn)壓器配合升壓型控制器以滿足寬 VIN 范圍汽車應(yīng)用的嚴(yán)苛要求
圖 3:升壓轉(zhuǎn)換器的四個穩(wěn)定輸出從通道 3 降壓穩(wěn)壓器供電。
 
利用充電泵提供的額外穩(wěn)定電壓
 
如圖 4 所示,可以給 SEPIC 電路增設(shè)一個充電泵電路,以提供另一個穩(wěn)定的輸出。針對不同輸入電壓的穩(wěn)壓曲線如圖 4 所示。同樣,也可以補充一個負(fù)輸出充電泵以產(chǎn)生一個負(fù)電源軌。
 
三通道降壓穩(wěn)壓器配合升壓型控制器以滿足寬 VIN 范圍汽車應(yīng)用的嚴(yán)苛要求
圖 4:充電泵電路提供了額外的高電壓輸出。
 
EMI 性能
 
LT8603 采用了一個兩相時鐘。通道 1 和通道 2 異相 180°運行,因而減小了降壓穩(wěn)壓器的峰值輸入電流,并有助降低 EMI。電子組件的高密度需要謹(jǐn)慎地平衡熱性能和 EMI 性能。LT8603 演示電路 DC2114A 舉例說明了一款專為實現(xiàn)低 EMI 而優(yōu)化、并通過了 CISPR 25 5 類峰值限制要求的布局。圖 5 示出了采用垂直極化的輻射 EMI 結(jié)果 (在 30 MHz 至 1000 MHz 頻率范圍內(nèi))。輸入為 14 V,每個輸出中具有一個 1 A 負(fù)載。
 
三通道降壓穩(wěn)壓器配合升壓型控制器以滿足寬 VIN 范圍汽車應(yīng)用的嚴(yán)苛要求
圖 5:LT8603 DC2114A CISPR 25 5 類輻射 EMI,30 MHz 至 1 GHz。
 
結(jié)論
 
LT8603 通過將三個降壓穩(wěn)壓器和一個升壓型控制器集成在小巧的 6 mm x 6 mm QFN 封裝中提供了通用和緊湊的電源解決方案。每個降壓穩(wěn)壓器具有內(nèi)部電源開關(guān)、逐周期電流限制和跟蹤/軟啟動控制功能。其同步整流拓?fù)淇商峁└哌_(dá) 94% 的效率。突發(fā)模式 (Burst Mode®) 操作是將靜態(tài)電流維持在 30 µA 以下 (所有通道均導(dǎo)通),非常適合始終保持接通的系統(tǒng)。2 V 至 42 V 的寬輸入范圍和全面的功能使 LT8603 十分適合汽車和其他要求苛刻的應(yīng)用。
 
 
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