什么是二級(jí)電源？使用ADI二級(jí)電源的好處

引言

近年來(lái)，由于汽車技術(shù)的發(fā)展和環(huán)境的變化，包括電動(dòng)汽車 (EV)、高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng) (ADAS)、自動(dòng)駕駛 (AD) 和出于安全目的的 ECU 集成，與傳統(tǒng)汽車結(jié)構(gòu)相比，汽車行業(yè)進(jìn)入了一個(gè)重大變化的時(shí)期。伴隨著這一重大轉(zhuǎn)變，安裝在單輛汽車中的半導(dǎo)體數(shù)量也在逐年增加，并且隨著 MCU 和 SoC 處理能力的提高，功耗也正在向更高的方向轉(zhuǎn)變。在這種情況下，許多工程師在汽車 ECU 的設(shè)計(jì)中可能會(huì)遇到以下問(wèn)題：

雖然在冷卻和散熱機(jī)制方面花費(fèi)大量時(shí)間，但包括外圍元件在內(nèi)的電路板尺寸依舊很大。

為了應(yīng)對(duì)更大電流帶來(lái)的噪聲，設(shè)計(jì)和評(píng)估工作的工時(shí)變得龐大。

使用大功率電源時(shí)會(huì)產(chǎn)生發(fā)熱，但冷卻和散熱機(jī)制又難以處理。

越來(lái)越多的噪聲過(guò)濾組件被添加到降噪系統(tǒng)中。

ADI 的二級(jí)電源可為上述此類問(wèn)題提供解決方案，本文將介紹 ADI 一款配備靜音切換功能的二級(jí)電源，它有助于減少隨著 MCU/SoC 功率增加而產(chǎn)生的發(fā)熱、降低尺寸和實(shí)現(xiàn)低 EMI，而這也正是汽車 ECU 的主要設(shè)計(jì)問(wèn)題。有關(guān) ADI 靜音開(kāi)關(guān)、低 EMI 開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的詳細(xì)信息，可查看：《符合 CISPR25 Class 5 要求！ADI 用于簡(jiǎn)化車內(nèi) ECU 噪聲設(shè)計(jì)的 Silent Switcher 技術(shù)》。

什么是二級(jí)電源？

二級(jí)電源中的二級(jí)一般是指從車載電池開(kāi)始算起的第二級(jí)以后的電源，使用其他穩(wěn)壓器降壓作為輸入的電源，而不是直接從車載電池輸入的穩(wěn)壓器，稱為二級(jí)電源。ADI 的二級(jí)電源提供各種低電壓輸入和高輸出電流產(chǎn)品。接下來(lái)我們將以代表產(chǎn)品 LTC3311S 為例，介紹使用 ADI 二級(jí)電源的好處。

轉(zhuǎn)換效率高，解決發(fā)熱問(wèn)題

就開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器而言，電源 IC 產(chǎn)生的熱量大部分是由于電源本身的轉(zhuǎn)換效率造成的，所以選擇高轉(zhuǎn)換效率的電源 IC 是克服發(fā)熱問(wèn)題最重要的一步。如下圖 (圖1) 所示，ADI 的二級(jí)電源轉(zhuǎn)換效率高達(dá) 92% 以上，因此在需要高功率的應(yīng)用中，可實(shí)現(xiàn)大功率的轉(zhuǎn)換，同時(shí)減少熱量產(chǎn)生。

圖1 LTC3311S 的高轉(zhuǎn)換效率

可滿足嚴(yán)格尺寸要求的兩大特點(diǎn)

封裝小，外圍元件少

隨著整車電動(dòng)化程度的提高，對(duì)汽車 ECU 尺寸的要求逐年增加，同時(shí)電路板的尺寸問(wèn)題也成為一大設(shè)計(jì)要點(diǎn)。ADI 的二級(jí)電源可在保持較小封裝尺寸的同時(shí)，采用極少的外圍元件進(jìn)行簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)。下圖 (圖2) 為 LTC3311S 的封裝圖，其采用緊湊型 3mm x 3mm LQFN 封裝，在保持緊湊尺寸的同時(shí)可輸出高達(dá) 12.5A 的電流。

圖2 LTC3311S 小型封裝

業(yè)界領(lǐng)先的高速開(kāi)關(guān)頻率

除上所述外，LTC3311S 還能以高達(dá) 10Mhz 的業(yè)界領(lǐng)先開(kāi)關(guān)頻率進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。通過(guò)提高開(kāi)關(guān)頻率，Vout 電容和電感可以選擇電容值和尺寸更小的元件，如下圖 (圖3) 所示，這不僅降低了外圍元件的單位成本和元件數(shù)量，還減少了設(shè)計(jì)工時(shí)。

圖3 有助于降低外圍元件的成本

下圖 (圖4) 為 LTC3311S 演示板的平面圖，可以看到包括外圍元件在內(nèi)，其尺寸可控制在一個(gè) 1 平方厘米的正方形中。如下 LTC3311S 演示板出廠設(shè)置的開(kāi)關(guān)頻率為 2MHz 驅(qū)動(dòng)，但通過(guò)將頻率更改為 10Mhz，可以進(jìn)一步減小電感和 Vout 電容的電容，從而將整體尺寸減少到小于 1 平方厘米。

圖4 LTC3311S 演示板平面圖

ADI 大電流二級(jí)電源產(chǎn)品系列

ADI 有一系列具有大電流輸出能力的二級(jí)電源，可滿足 ECU 的大電流需求，它還具有多相連接功能，適用于超過(guò) 20A 的高電流系統(tǒng)。如下圖 (圖5) 所示，如果使用 4 片 LTC3311S 并將它們連接到 PGOOD 引腳、MODE/SYNC 引腳和 ITH 引腳，則可以輸出 Iout 50A。

圖5 LTC3311S 多相連接

下圖 (圖6) 為 ADI 二級(jí)電源產(chǎn)品陣容，ADI 擁有豐富的大電流輸出二級(jí)電源產(chǎn)品陣容，并且作為 ADI 的主要產(chǎn)品，新器件正在陸續(xù)發(fā)布。

圖6 ADI 的二級(jí)電源產(chǎn)品陣容

總結(jié)

本文為大家介紹了 ADI 配備靜音切換功能的二級(jí)電源，并以 LTC3311S 為例介紹其相關(guān)功能優(yōu)勢(shì)以及產(chǎn)品系列。

審核編輯：湯梓紅