關(guān)于車用DC/DC的性能分析和介紹

車載廣播信號(hào)接收機(jī)一般可以接收兩種制式的廣播信號(hào)：調(diào)頻和調(diào)幅。調(diào)幅廣播應(yīng)該是最老的廣播模式了，雖然現(xiàn)在我們很少遇到，但我小時(shí)候用的收音機(jī)都是這種模式，直到改革開放后收錄機(jī)出現(xiàn)在面前時(shí)我才見到帶有調(diào)頻廣播的機(jī)子，它所支持的立體聲還會(huì)讓人非常興奮，姑娘小伙們帶著大喇叭到處游逛，時(shí)不時(shí)就會(huì)來一段迪斯科，或者是聽一聽來自港臺(tái)的“靡靡之音”。

普通的收音機(jī)可以接收中波廣播和短波廣播，我國中波廣播的頻段位于526.6kHz-1606.5kHz，這對(duì)從事電源管理的人來說其實(shí)就是個(gè)災(zāi)難，因?yàn)楹芏?a href="http://www.wenjunhu.com/tags/dc/dc/" target="_blank">DC/DC轉(zhuǎn)換器的工作頻率恰好也在這個(gè)頻段，由它產(chǎn)生的輻射即使非常微弱，和廣播信號(hào)一比還是要高出許多，因而由收音機(jī)解調(diào)出來的信號(hào)里就滿是噪聲，正常的廣播信號(hào)已經(jīng)被完全淹沒了。

關(guān)于這個(gè)問題，網(wǎng)上有人在一篇文章中給出了如上圖所示的包含了各種廣播頻段的電磁信號(hào)頻譜圖，從中可以看到中波廣播的信號(hào)強(qiáng)度大約為-30dB甚至更低（使用磁棒天線的中波收音機(jī)能接收的信號(hào)通常在mV/m級(jí)進(jìn)行計(jì)量），而下圖所示的各種電子系統(tǒng)的頻譜圖中，與中波廣播對(duì)應(yīng)的頻段，由開關(guān)電源所生成的信號(hào)強(qiáng)度則是在-10dB~-20dB之間，要比廣播信號(hào)強(qiáng)很多。而到了調(diào)頻廣播所在的波段，開關(guān)電源的高頻諧波以及微處理器、時(shí)鐘、開關(guān)信號(hào)的高頻成分仍然很重，需要我們?cè)谠O(shè)計(jì)中好好對(duì)付。

實(shí)際上，DC/DC對(duì)廣播的干擾問題是個(gè)典型的電磁兼容性問題。DC/DC這個(gè)干擾源是沒有辦法消除的，采取隔離、屏蔽等措施的成本又非常高，最好的辦法其實(shí)是讓DC/DC的工作頻率遠(yuǎn)離廣播頻段，使廣播信號(hào)和DC/DC的輻射信號(hào)各自處于不同的頻率空間，干擾信號(hào)再強(qiáng)也很難對(duì)廣播造成影響了，這里面有一個(gè)基礎(chǔ)就是廣播接收機(jī)都具有很窄的通頻帶，也就是說它具有很高的選擇性，通頻帶以外的信號(hào)都被它濾除掉了。因此，當(dāng)我們?cè)跒檐囕d電子設(shè)備選擇DC/DC轉(zhuǎn)換器時(shí)，它的工作頻率要么遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于535kHz，要么遠(yuǎn)高于1605kHz，而且在這樣做了以后還要加入各種高頻抑制、屏蔽等措施，這樣才可以不對(duì)廣播造成干擾，即使有也是很輕的，是可以接受的。

我們接觸的大部分汽車都使用12V蓄電池，所以在現(xiàn)實(shí)中可以看到很多車載電子設(shè)備使用18V左右耐壓的DC/DC器件，但是如果考慮到車輛電源總線上隨時(shí)都會(huì)出現(xiàn)的拋負(fù)載現(xiàn)象，使用36V的器件會(huì)是更安全的選擇，而且在這樣的情況下還要考慮更高電壓尖峰的吸收問題，屬于被動(dòng)元件的瞬態(tài)抑制器可以在這時(shí)候發(fā)揮作用。如果要更安全，60V或是80V耐壓的器件更是可以納入考慮范疇，RT6204（60V）、RT6210（80V）可以為這樣的應(yīng)用提供幫助。

在立锜所提供的汽車電子器件中，RT2875是我們常常提及的一款Buck轉(zhuǎn)換器，它可以在最高36V的電壓下工作，輸出最大可帶3A的負(fù)載，輸入電壓跌落到4.5V也還可以有正常的輸出。當(dāng)然了，它只能實(shí)現(xiàn)降壓的功能，所以在那么低的電壓下是不會(huì)有5V輸出的，但是汽車電子設(shè)備通常容許在輸入電壓跌落到一定程度時(shí)停止其工作，我們?cè)趩?dòng)汽車時(shí)看到的車輛面板上的很多設(shè)備都不工作了、很多指示燈也都熄滅了就是這一特性的體現(xiàn)，所以，所謂的4.5V都還能工作在某些情況下只是器件能力的一種體現(xiàn)而不是設(shè)計(jì)中的一種必須，但是如果你要輸出3.3V，那么4.5V也能工作就可能變成必須的能力了，畢竟還是有某些設(shè)備是不容許中斷工作的，甚至有時(shí)候?yàn)榱俗龅竭@一點(diǎn)還必須要選擇Buck-Boost架構(gòu)的器件或是電路，像RT7880就是為此而生的，但又由于它還具有USB Type-C接口和USB PD協(xié)議的支持能力，所以在應(yīng)用上又有和RT2875這樣的比較單純的器件不一樣的地方，所需投入的技術(shù)支持力度也會(huì)不同，但是又有誰會(huì)不容許你把它當(dāng)做單純的Buck-Boost來使用呢？

很多設(shè)計(jì)師會(huì)采用RT2875這樣的器件為車載電子系統(tǒng)提供5V的輸出，一個(gè)方面是系統(tǒng)本身就需要使用到這個(gè)電壓，還有一個(gè)目的是為第二級(jí)DC/DC轉(zhuǎn)換器或低壓差線性穩(wěn)壓器供電，再由它們來為CPU內(nèi)核之類的低壓電路提供電源。

這樣的二級(jí)設(shè)計(jì)具有多方面的好處，首先是二級(jí)DC/DC不用承接高電壓沖擊，這對(duì)降低成本帶來巨大的好處；其次是DC/DC不必用到太低的占空比，這對(duì)保持足夠的穩(wěn)定性具有很大的好處，可以讓每一級(jí)電路都工作在最佳狀態(tài)；第三，可以提高效率，每一級(jí)電路的效率都可以做到最佳化，遠(yuǎn)比單次轉(zhuǎn)換的效果來得好。不好的地方可能就是元件數(shù)量增加了，但是由于兩級(jí)轉(zhuǎn)換對(duì)每個(gè)元件的要求都降低了，這種扁平化了的結(jié)構(gòu)帶來的好處還是要更多一些，這在負(fù)載電流特別大時(shí)表現(xiàn)尤為顯著。

RT2101是一款很典型的車用二級(jí)Buck轉(zhuǎn)換器，可以承接的輸入電壓范圍是2.95V-6V，負(fù)載能力為3A，用它承接RT2875的輸出之后再為CPU供電是很好的選擇。

之所以說RT2875、RT2101是車用級(jí)的Buck轉(zhuǎn)換器，這里面有一個(gè)隱含的意義是它們都通過了車用電子器件的品質(zhì)認(rèn)證。對(duì)于立锜出品的車用電子器件而言，通常意味著它們被車用電子設(shè)備采用并被安裝到車輛上再被交付給最終用戶時(shí)，其失效率應(yīng)低于1PPM（百萬分之一），即使經(jīng)過15年的使用以后，其失效率也要低于5PPM。我們的公眾號(hào)曾經(jīng)發(fā)過一篇介紹車規(guī)器件到底是怎么回事的文章，有興趣的讀者不妨從歷史消息中去查看一下，希望它能對(duì)你有所幫助。需要特別提及的是，車規(guī)對(duì)電子主動(dòng)元件的考核是分級(jí)的，RT2875和RT2101所通過的都是AEC-Q100 Grade 2級(jí)的認(rèn)證，這意味著它們合適的工作環(huán)境溫度范圍都是-40℃~+105℃，你在使用它們的時(shí)候只要不超出此溫度范圍，并且其他條件也都在器件的容許范圍內(nèi)，其可靠性就能得到保障，如果出現(xiàn)了問題，找到立锜就能得到適當(dāng)?shù)姆?wù)，當(dāng)能確切地證明是立锜產(chǎn)品的品質(zhì)問題時(shí)，立锜是要承擔(dān)責(zé)任的，而你在得到這一承諾的時(shí)候并不需要和立锜簽訂特別的責(zé)任書，規(guī)格書就是立锜和你之間所簽訂的協(xié)議。

再回到咱們開始時(shí)的話題，RT2875和RT2101是如何解決與收音機(jī)之間的電磁兼容性問題的呢？其實(shí)答案早已有了，因?yàn)樗鼈兌贾С指哌_(dá)2.1MHz的工作頻率，這已超出中波廣播的頻段許多，又遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于調(diào)頻廣播的87MHz-108MHz頻段，所以在車載設(shè)備上使用是不會(huì)有由于工作頻率而帶來的干擾問題的。假如你要把它們用于使用短波頻段廣播的環(huán)境中，由于短波頻段位于3.5MHz-29.7MHz，也是處于遠(yuǎn)離的狀態(tài)，所以也是可行的，不過這時(shí)候需要考慮到諧波頻率對(duì)廣播頻段的干擾問題，我們可以將DC/DC的工作頻率降到比較低的地方來使用它們，實(shí)際上，這兩款器件的工作頻率都可以被調(diào)低到幾百kHz。

當(dāng)我們?cè)趯?duì)DC/DC轉(zhuǎn)換器的工作頻率進(jìn)行選擇或是調(diào)節(jié)的時(shí)候，需要考慮到不同的工作頻率對(duì)外圍元件參數(shù)的影響問題，只有針對(duì)最低和最高工作頻率都進(jìn)行了計(jì)算，找出能夠符合所有工作狀態(tài)的需求的參數(shù)以后所確定下來的器件才是最佳的選擇，千萬不能顧了這頭就忘了那頭，到最后發(fā)現(xiàn)有問題了再去修改設(shè)計(jì)、更換器件，這樣的損失就大了。

當(dāng)你需要考慮多種狀況下的元件選擇問題時(shí)，使用Richtek DesignerTM 來為你的設(shè)計(jì)提供服務(wù)是一個(gè)比較好的選擇。Richtek DesignerTM 是立锜為用戶提供的免費(fèi)在線設(shè)計(jì)、仿真工具，只要登錄立锜官網(wǎng)www.richtek.com即可使用，它可以根據(jù)你所提供的工作條件自動(dòng)生成電路，電路的工作過程及其性能則可通過仿真來看到，無論是啟動(dòng)過程、穩(wěn)定運(yùn)行下的狀況以及面對(duì)負(fù)載變化時(shí)的瞬態(tài)響應(yīng)特性都可以被模擬計(jì)算出來，對(duì)于連續(xù)工作模式下的交流特性也可進(jìn)行分析。如果你還需要知道電路或IC工作過程中的損耗狀況，Richtek DesignerTM 所提供的效率、損耗分析就可以幫到你。當(dāng)你改變了元件參數(shù)或是工作條件的時(shí)候，只需重新進(jìn)行一下模擬即可知道全新的結(jié)果是怎樣的，可以大大節(jié)約實(shí)物驗(yàn)證過程所需的時(shí)間和其他各種消耗，是名符其實(shí)的省錢、省事工具。

使用Richtek DesignerTM 有一個(gè)前提條件，那就是要建立所用器件的電路模型，這項(xiàng)工作難度大、花費(fèi)多，但都是由立锜自己來完成的，你并不需要在此方面做任何工作。目前，Richtek DesignerTM 所包含的模型已經(jīng)超過150個(gè)，都是用戶最常用到的器件，上文提及的RT2875和RT2101均已包含在其中，你可以放心使用。

符合車輛使用規(guī)格的器件，由于多種品質(zhì)保證措施的實(shí)施，它們的成本通常會(huì)比較高，而許多商用或是消費(fèi)類產(chǎn)品并不需要那么高的可靠性，這時(shí)候可以選用與這些器件類似的商業(yè)級(jí)產(chǎn)品。RT8079是與RT2101類似的商業(yè)級(jí)產(chǎn)品，Richtek DesignerTM 也同樣支持對(duì)它們的應(yīng)用電路進(jìn)行仿真模擬。