汽車信息娛樂系統(tǒng)中電源管理IC設計解決方案

汽車應用的電子系統(tǒng)設計是頗具挑戰(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。汽車應用的許多場合中都有著嚴格的EMC要求，其涵蓋了輻射發(fā)射和傳導發(fā)射、抵抗輻射和傳導或敏感性以及電子放電（ESD）。對于潛在的多通道IC設計而言，符合所有這些要求將影響到很多方面的性能。有些滿足起來簡單明了，比如要求DC-DC開關穩(wěn)壓器工作在一個位于AM無線電頻段之外的固定頻率。然而，有的就更難應對了，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)換器的開關節(jié)點轉(zhuǎn)換所引起的輻射發(fā)射。

隨著開發(fā)工作的推進，“特征蠕動”（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)）會對IC及相關分立組件的選擇產(chǎn)生嚴重的不良影響。在最好的情況下，當某項系統(tǒng)規(guī)格在電路板布局排定之后發(fā)生變更時，也許通過置換可調(diào)輸出轉(zhuǎn)換器上的幾個電阻就能對某個電壓進行微調(diào)。而在最糟糕的情況下，或許需要用引出腳不兼容的IC換掉多個現(xiàn)用的IC,因為新的輸出電流水平要求超過了這些現(xiàn)用IC的開關電流額定值。由于必需進行電路板的重新設計和布局，因此，這將導致一系列的成本增加和進度延誤。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)勢皆可實現(xiàn)，并為不可避免的電源模塊系統(tǒng)變更提供靈活性。

一種簡單的解決方案

過去，很多既有多輸出PMIC不具備應對這類新式系統(tǒng)所必需的靈活性。滿足上述汽車電源管理IC設計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穩(wěn)壓器和低壓功能。設計師所需要的是一個多通道、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，適用于需要多個低壓電源的系統(tǒng)。該器件具備8個獨立的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，它還含有8個內(nèi)部補償、高效率同步降壓型穩(wěn)壓器和一個始終保持接通的高壓線性控制器。每個降壓型穩(wěn)壓器都有自己獨立的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、電源接通復位和看門狗定時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，缺省開關頻率為2MHz.所有DC/DC斷開時，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用，包括工業(yè)、汽車和通信系統(tǒng)。

LTC3375的8個降壓型轉(zhuǎn)換器可以單獨使用，也可以并聯(lián)連接，以用單個共享電感器實現(xiàn)每輸出高達4A的較大輸出電流。因為可以并聯(lián)的相鄰穩(wěn)壓器多達4個，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）在加電缺省時工作，可在輕負載時提供較高效率；強制連續(xù)PWM模式可在輕負載時實現(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、在啟動時用軟啟動限制浪涌電流、提供短路保護以及轉(zhuǎn)換率控制以實現(xiàn)較低的輻射EMI.其他特點包括指示內(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）報警功能，當芯片溫度達到其設定報警門限時，該功能向用戶發(fā)出警報，因此允許系統(tǒng)采取糾正行動。LTC3375有高溫（H級）版本，其額定結溫范圍為-40℃至+150℃，很容易滿足汽車的高溫運行要求。

圖1:LTC3375 4A/3A/1A三輸出配置簡化方框圖

抑制輻射和傳導EMI

LTC3375 PWM開關頻率專門用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)設定任何工作頻率。這些穩(wěn)壓器還可設定為強制連續(xù)PWM工作模式，即使在輕負載時也可防止以突發(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1MHz至3MHz的外部時鐘，以進一步降低系統(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)壓器上開關的轉(zhuǎn)換率可通過I2C調(diào)節(jié)。因為這些降壓型穩(wěn)壓器是可同步的，所以下降和上升時間都可以延長。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障礙是電池電壓的劇烈變化，如冷車發(fā)動時低至大約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設計困難了許多。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)星無線電設備、觸摸屏、導航系統(tǒng)、藍牙、高清電視等汽車信息娛樂系統(tǒng)功能構件的技術進步仍然可提升了現(xiàn)代汽車的駕駛體驗。通過使用凌力爾特非常便于配置的LTC3375單個多輸出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)設計師可以在系統(tǒng)中集成關鍵電源