导言
为了进步行车安全性、舒适度、功率和功用，轿车中的电子体系密度一直在不断进步，因而轿车需求尺度更小和功用更高的电源转化处理方案就家常便饭了。这类新式多通道电源办理处理方案需求供给多达 4 个独立的电源轨，其间 3 个一般用来给微处理器所需的 VCORE、VI/O 和 VMEM 供电，第四个 5V 轨一般用来给 CAN 收发器供电。依照 Strategy Analytics 公司的研究结果：“未来 7 年，对可行半导体器材的需求估计将以 5% 的均匀年复合添加率 (CAGR) 添加，到 2021 年整体商场规模将超越 410 亿美元，而 2014 年商场规模为 300 亿美元。”该公司还猜测，对微操控器和电源半导体的需求将发生超越 40% 的收入。
Strategy Analytics 针对轿车中电子体系的添加猜测供给了量化描绘，可是更令人感兴趣的是，电源 IC 在这种添加中发挥了无处不在的效果。这些新式电源 IC 有必要：
1)用单一电源办理 IC 供给多个电压轨
2)跨多种电压规模供给牢靠的功用，包含从 4V 的冷车发起和停-启状况到超越 36V 的抛载瞬态
3)供给从 5V 直至低于 1V 的输出规模
4)具有超低电磁搅扰 (EMI) 辐射
5)供给尽或许的最高功率以最大极限减轻过热问题，并优化电池运转时刻
6)超低静态电流 (每个通道小于 10µA) 可使安全、环境操控和信息文娱体系等始终坚持导通的体系在轿车引擎 (沟通发电机) 不运转的状况下坚持作业状况，并不会耗尽轿车电池的电量
7)供给占板面积最小的处理方案，且常常需求供给多个电压轨，以最大极限削减电源转化电路所需空间
8)供给 2MHz 或更高的开关频率，以坚持开关噪声在 AM无线电频段以外，并坚持很小的处理方案占板面积
轿车中的电子体系日益增多、越来越杂乱，进步电源 IC 功用的意图是答应规划习惯这种状况的电子体系。促进轿车中电子体系添加的详细运用在轿车中处处都是。例如，新式行车安全体系包含车道监督、自习惯行车安全操控、主动转向和前灯调光等。信息文娱体系 (车载多媒体体系) 不断演化，在一个现已很拥堵的空间中不断塞入更多功用，可是现在还有必要支撑日益添加的云运用。选用了停/启体系的先进发起机办理体系以电子办法操控变速器和发起机。动力传动和底盘办理体系旨在一起进步功用、行车安全和舒适性。几年前，还仅能在“高端”豪华型轿车中见到这些体系，可是现在这些体系在每一家制作商的轿车中都归于常见装备了，这进一步加快了轿车电源 IC 商场的添加。
更小的电源转化电路
有几种办法可使电源转化电路更小。一般来说，电路中最大的组件不是电源 IC，而是外部电感器和电容器。经过将电源 IC 的开关频率从 400kHz 进步到 2MHz，这类外部组件的尺度能够极大减小。不过，要有用完成这一方针，电源 IC 有必要能够在这类较高的频率上具有高功率，这在曾经是不可行的。可是，经过选用最新工艺和规划办法，现已开宣布同步电源 IC，这类 IC 以 2MHz 切换时功率超越 90%。高功率作业最大极限下降了功耗，然后无需散热器。高功率作业还有一个附加的优点，即坚持开关噪声坐落 AM 频段以外，这对许多噪声灵敏型电子体系而言是至关重要的。
另一种明显减小电源转化电路的办法是，当需求几个独自的输出电压轨时，用多输出转化器替代多个独自的器材。例如，当给一个微处理器供电时，大多数规划都需求 3 个独立的输出，以给微处理器所需的 VCORE、VI/O 和 VMEM 供电，还需求第四个 5V 轨给 CAN 收发器供电，该收发器使微处理器能够与体系中其他电子组件通讯。恰当规划的 4 输出转化器 IC 比相应的单输出转化器大得不是许多，而其处理方案占板面积却或许比 4 个独自的单输出转化器小一半以上，当比较选用 2MHz 开关频率的 4 输出稳压器和以 500kHz 运转的 4 个单输出稳压器时，尺度的减小特别有吸引力。此外，4 输出转化器用来最大极限减小不期望呈现的通道间串扰，而 4 个相邻单输出转化器之间的串扰或许很成问题，除非这些转化器悉数同步到一个公共时钟。添加外部时钟和同步会一起增大尺度、杂乱性以及电路本钱。
作业时具很低的 EMI
因为轿车电气环境有固有噪声，许多运用易于遭到电磁搅扰 (EMI) 影响，所以极需重视的是，开关稳压器不能加剧这类 EMI 问题。因为开关稳压器一般是输入电源总线上第一个有源器材，所以不管下流转化器好坏，开关稳压器都会明显影响转化器的整体 EMI 功用。因而，最大极限下降 EMI 火烧眉毛。曩昔所采纳的处理是选用 EMI 屏蔽罩，可是这种办法明显增大了本钱和处理方案占板面积，一起使热量办理、测验和制作愈加杂乱。另一种潜在的电源办理 IC 处理方案是下降内部 MOSFET 开关边缘的改变速度。可是，这种办法发生了不想要的影响，即下降了功率，延长了最短接通时刻，损害了 IC 以等于或高于 2MHz 开关频率供给低占空比的才能。因为人们期望一起完成高功率和较小的处理方案占板面积，所以这不是一种可行的处理方案。走运的是，一些不久前推出的电源 IC 规划一起完成了快速开关频率、高功率作业和较短的最短接通时刻。这些规划能够供给低 EMI 辐射，乃至具 2MHz 开关频率和功率超越 90%。这些 IC 规划也无需运用额定的组件或屏蔽，就可完成如此高的功用水平，因而成为开关稳压器规划范畴的重大突破。
一种新的 IC 挑选
凌力尔特的 LT8602 是一款 42V 输入、高功率、4 输出单片同步降压型开关稳压器。其 3V 至 42V 输入电压规模使该器材十分合适轿车运用，这些运用有必要稳定地经过最低输入电压低至 3V 的冷车发起和停-启状况以及超越 40V 的抛载瞬态。正如咱们在图 1 中所能看到的那样，其 4 通道规划供给 4 个独立输出，高压 2.5A 和 1.5A 通道以及两个较低电压的 1.8A 通道，可供给低至 0.8V 的电压，然后使该器材能够驱动现有之电压最低的微处理器内核。其同步整流拓扑具有高达 94% 的功率，而突发形式 (Burst Mode®) 作业在无负载备用状况下坚持静态电流低于 30µA (一切通道均接通)，然后使该器材十分合适始终坚持接通的体系。
图 1：LT8602 原理图，供给 5V、3.3V、1.8V 和 1.2V 输出
就噪声灵敏型运用而言，LT8602 加上一个小型外部滤波器，就能够运用其脉冲跳动形式最大极限下降开关噪声，且可满意 CISPR25 Class 5 EMI 要求，如图 2 所示。
图 2：LT8602 EMI 辐射功用
(具 Class 5 峰值约束的 CISPR25 辐射测验)
LT8602 的开关频率可在 250kHz 至 2MHz 规模内设定，并可在此规模内同步。其 60ns 最短接通时刻在 2MHz 开关频率的高压通道完成 16VIN 至 2.0VOUT 降压转化。当高压 VOUT2 通道为两个低压通道 (VOUT3 和 VOUT4) 馈电时，这些低压通道可供给低至 0.8V 输出，一起以 2MHz 切换，然后可供给十分紧凑 (约 25mm x 25mm) 的 4 输出处理方案，如图 3 所示。
图 3：LT8602 四输出处理方案占板面积 (2x实践尺度)
除了最大极限减小处理方案尺度，LT8602 的 2MHz 开关频率还使规划师能够避开要害噪声灵敏频段 (例如 AM 无线电频段)。LT8602 的每个通道在一切条件下都坚持仅为 200mV (在 1A) 最低压差电压，然后使该器材能够在比如轿车冷车发起等状况下表现出色。每个通道的可编程加电复位和电源杰出指示器有助于保证整体体系牢靠性。LT8602 的 40 引线耐热功用增强型 6mm x 6mm QFN 封装和高开关频率答应运用很小的外部电感器和电容器，然后可构成占板面积紧凑的高热功率处理方案。
LT8602 选用 4 个内部高功率上管和下管，一切必要的升压二极管、振荡器、操控和逻辑电路都集成到单一芯片中。通道 1 和 3 与通道 2 和 4 以 180 度反相切换，下降了输出纹波。每通道都有一个独自的输入以进步规划灵活性，可是大多数运用会直接用两个高压通道运转两个低压通道，以构成十分简略的高频四输出规划。低纹波突发形式作业形式在低输出电流时坚持高功率，一起坚持输出纹波低于 15mVPK-PK。共同的规划办法和新的高速工艺使得在很宽的输入电压规模内完成了高功率，并且 LT8602 的电流形式拓扑完成了快速瞬态响应和杰出的环路稳定性。其他特色包含内部补偿、电源杰出符号、输出软启动 / 盯梢以及短路和过热维护。
定论
轿车中电子体系的数量和杂乱性都在敏捷添加，因而有必要对电源办理 IC 功用提出更高的要求。经过运用 4 输出电源 IC，轿车规划师能够极大地减小电源转化电路所需空间。因为开关频率为 2MHz，所以外部组件的尺度 (即电感器和输出电容器的尺度) 也能够极大地减小，然后可构成占板面积十分紧凑的 4 轨处理方案。这类紧凑型规划也十分巩固，能接受在停-启、冷车发起和抛载时发生的瞬态状况，一起精确调理一切输出。此外，超低静态电流使这些规划十分合适始终坚持接通体系。跟着更多的电子体系添加到日益缩小的空间中，最大极限减小处理方案占板面积一起尽量进步功率变得至关重要。走运的是，满意这些要求的新一代多输出电源 IC 现已上市，然后为将来在轿车中添加更多电子体系作好了预备。
