Strategy Analytics 對汽車中電子係統的增長提供了非常量化的預測，不過更有趣的是，在這種增長中，電源 IC 發揮了重要的作用，這類新型電源 IC 設計必須具備以下特點：

(1)在很寬的電壓範圍內提供可靠的性能，包括處理超過 36V 的瞬態

(2)具有超低電磁幹擾 (EMI) 輻射

(3)提供最高效率以最大限度減少過熱問題和優化電池運行時間

(4)解決方案占板麵積最小，需要非常大的功率密度以及 2MHz 或更高的開關頻率，以保持開關噪聲落在 AM 無線電頻段以外

，同時保持解決方案占板麵積非常小

(5)具有超低靜態電流 (<10μA) 以實現始終保持接通係統 (例如安保、環境控製和信息娛樂係統) 在引擎 (交流發電機) 不運轉的情況下維持工作狀態，且不會消耗汽車的電池電量
提高電源 IC 性xing能neng的de目mu的de是shi，實shi現xian日ri益yi複fu雜za和he大da量liang的de電dian子zi係xi統tong設she計ji。在zai汽qi車che的de每mei一yi個ge方fang麵mian都dou能neng看kan到dao驅qu動dong這zhe種zhong增zeng長chang的de應ying用yong
，例li如ru，新xin型xing安an全quan行xing車che係xi統tong，這zhe包bao括kuo車che道dao監jian視shi
、自適應安全行車控製、自動轉向和前燈調光。

信息娛樂係統 (車載多媒體係統) 也在持續演變，在一個已經很擁擠的空間中容納了越來越多的功能
，該係統還必須支持日益增加的雲應用。先進的引擎管理係統具備停 / 啟係統和大量采用電子產品的變速器和引擎控製係統，還有旨在同時提高性能
、行車安全和舒適度的傳動係統以及底盤管理係統。十 年前
，這些係統僅出現在高端豪華型汽車中，但今天在每個製造商的汽車中都屬於常見係統，這進一步加速了汽車電源 IC 的增長。圖 1 顯示了目前汽車中通常能夠見到的大量電子係統。

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汽車係統中的瞬態

盡管汽車中的電池總線電壓通常為12V (在 9V 至 16V 之間變化

，取決於何時交流發電機充電)。此外，在各種臨時條件下，鉛酸電池電壓受多種變化影響，冷車發動和停-啟情況可能將電池電壓拉低至 3.5V，而拋載可能使電池總線電壓高達 36V。因此，電源 IC 必須能夠在多種輸入電壓變化的情況下準確地調節輸出。在冷車發動/停-啟和拋載時
，單節鉛酸電池的寬臨時電壓擺幅如圖 2 所示。請注意
，合適的電源 IC (這裏是 LT8640) 在出現上述情況時準確地調節了 3.3V 輸出。


低EMI工作

因為汽車電氣環境有固有噪聲，而很多應用對電磁幹擾 (EMI) 是敏感的，所以迫在眉睫的是，開關穩壓器不能加重 EMI wenti。youyuyibanqingkuangxia，kaiguanwenyaqishishurudianyuanzongxianshangdediyigeyouyuanzujian，suoyiwulunxiayouzhuanhuanqixingnengruhe
，kaiguanwenyaqidouhuiduizongtizhuanhuanqi EMI 性能產生顯著影響
，因此最大限度降低 EMI 是非常緊迫的任務。過去采用的解決方案是，使用一個 EMI 屏蔽盒

，但是這極大地增加了解決方案的成本和尺寸，同時使熱量管理、測試和製造更加複雜。電源管理 IC 內部可以采取的另一種解決方案是降低內部 MOSFET 開關邊沿的速率。不過，這產生了不良的影響
，降低了效率並延長了最短接通時間，影響了 IC 在 2MHz 或更高開關頻率時提供低占空比的能力。

由於人們希望擁有高效率和小尺寸解決方案，所以這不是一個可行的解決方案。幸運的是，市場上已經推出了一些獨特的電源 IC 設計，以同時實現快速開關頻率、非常高的效率和很短的最短接通時間。這些設計一般具備低 20dB 以上的 EMI 輻射，同時提供 2MHz 開關頻率和 95% 的效率，有些還提供擴展頻譜功能
，這可以將 EMI 輻射再降低 10dB，這樣的性能無需額外增加組件或屏蔽就可以實現
，從而在開關穩壓器設計領域實現了重要突破。

高效率工作

汽車應用中電源管理 IC 高效率工作非常重要，原因有二，首先，電源轉換效率越高，以熱量形式浪費的能量就越少。因為熱量是任何電子係統長期可靠性的“敵人”
，所以必須有效管理熱量，這一般需要用散熱器實現冷卻
，從而增大了整體解決方案的複雜性、尺寸和成本。其次，在混合動力或電動汽車中
，浪費的任何電能都將直接減少其行駛裏程。直到最近，高壓單片電源管理 IC 和高效率同步整流設計還是相互排斥的，因為所需要的 IC 工藝不能同時支持這兩種要求。

過去，最高效率的解決方案是高壓控製器，這類控製器采用外部 MOSFET 實現同步整流。然而，與單片解決方案相比
，對低於 25W 的de應ying用yong而er言yan，這zhe樣yang的de配pei置zhi相xiang對dui複fu雜za和he笨ben重zhong。幸xing運yun的de是shi
，現xian在zai市shi場chang上shang已yi經jing出chu現xian了le可ke通tong過guo內nei部bu同tong步bu整zheng流liu同tong時shi提ti供gong高gao壓ya和he高gao效xiao率lv的de新xin型xing電dian源yuan管guan理li IC。

更小的電源轉換電路

有幾種方式可以縮小電源轉換電路。一般而言，電路中最大的組件不是電源 IC，而是外部電感器和電容器。通過將 IC 的開關頻率從 400kHz 提高到 2MHz，這些外部組件的尺寸可以大大減小 (解決方案占板麵積可以減小 4 倍)。但是為了有效做到這一點
，電源 IC 必須在較高頻率時提供高效率，這在以前一直是不可行的。不過

，通過采用新的工藝和設計方法
，已經開發出提供 95% 以上效率同時以 2MHz 切換的同步電源 IC。高效率工作最大限度地降低了功耗，消除了對散熱器的需求，並且高效率工作還增加了可保持開關噪聲處於 AM 頻段以外的好處。

“始終保持接通”係統需要超低電源電流

很多電子子係統都需要在“待機”或“保活”模式工作
，處於這種狀態時以穩定電壓吸取最低限度的靜態電流。在大多數導航
、行車安全、安an保bao以yi及ji引yin擎qing管guan理li電dian子zi電dian源yuan係xi統tong中zhong都dou能neng看kan到dao這zhe類lei電dian路lu。此ci外wai，這zhe類lei子zi係xi統tong每mei個ge都dou可ke能neng含han有you幾ji個ge微wei處chu理li器qi和he微wei控kong製zhi器qi。大da多duo數shu豪hao華hua型xing汽qi車che都dou內nei置zhi超chao過guo 150 個這類 DSP，其中大約 20% 需要始終保持接通工作。在這類係統中，電源轉換 IC 必須以兩種不同的模式工作。

首先
，當汽車處於運行時，為這些 DSP 供電的電源轉換電路一般會以電池和充電係統饋送的滿電流工作。不過，當汽車點火係統關閉時，這些係統中的微處理器必須“始終保持接通”
，從而要求其電源 IC 提供恒定電壓，同時從電池吸取最低限度的電流。既然可能有超過 30 個ge這zhe類lei始shi終zhong保bao持chi接jie通tong的de處chu理li器qi同tong時shi工gong作zuo，那na麼me
，即ji使shi當dang點dian火huo係xi統tong關guan閉bi時shi，對dui電dian池chi也ye有you相xiang當dang大da的de功gong率lv需xu求qiu。總zong體ti而er言yan，可ke能neng需xu要yao數shu百bai毫hao安an電dian源yuan電dian流liu為wei這zhe些xie始shi終zhong保bao持chi接jie通tong的de處chu理li器qi供gong電dian，這zhe有you可ke能neng在zai幾ji天tian時shi間jian內nei徹che底di耗hao盡jin一yi個ge電dian池chi的de電dian量liang。

因此，這些電源 IC 的靜態電流需要大幅降低以延長電池壽命
，且不增加電子係統的尺寸或複雜性。直到最近，對於 DC/DC 轉換器而言，高輸入電壓和低靜態電流要求還是相互排斥的參數。大約十年前，幾家汽車製造商為始終接通的 DC/DC 轉換器確定了一個 <100μA 的低靜態電流目標，但是今天，低於 10μA 已成為首選。幸運的是

，現在已有新一代電源 IC 可用

，這些 IC 在備用模式下提供低於 2.5μA 靜態電流。
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新型解決方案

直到現在，仍然沒有辦法確保通過選擇電源 IC 使 EMI 得到抑製，並滿足效率要求。不過 LT8640 Silent Switcher穩壓器使這些成為可能。LT8640 是 Silent Switcher 高壓同步降壓型穩壓器係列的第二款器件。該器件是一款 5A(連續電流，峰值電流 7A)、42V 輸入同步降壓型開關穩壓器。正如在圖 3 中可以看到的那樣，在沒有啟動擴展頻譜功能時，EMI 輻射比汽車 CISPER 25 Class 5 峰值限製值低 10dB 至 30dB。在最關鍵的汽車頻段
，擴展頻譜將這些輻射值再降低5dB 至10dB。與現有最新開關穩壓器相比，EMI 輻射合起來可降低超過 25dB。圖3中 LT8640 以 2MHz 頻率切換，負載電流為 4A

，無需外部 EMI 屏蔽。


圖 4 所示為 LT8640 的原理圖。同步整流無需任何外部二極管，從而提高了效率，同時減小了解決方案占板麵積。這個原理圖電路采用 3.3μH 電感器，以 1MHz 開關頻率切換

，提供 96% 的效率。不過，正如在圖 5 中所能看到的那樣，以 2MHz 頻率運行 LT8640 避開了與 AM 無線電頻段有關的任何幹擾問題，且可以使用更小的 2.2μH 電感器，同時仍然提供 95% 的效率。LT8640 運用獨特設計
，最大限度地降低了開關損耗
，使該器件能夠以 2MHz 或更高的開關頻率提供較高的效率。

LT8640的3.4V至42V輸入電壓範圍使該器件非常適合汽車及工業應用。內部高效率開關在電壓低至0.97V時提供高達5A的連續輸出電流和7A峰值負載。其突發模式 (Burst Mode) 工作僅消耗 2.5μA 靜態電流
，從而非常適合汽車始終保持接通係統等應用，因為這類係統需要延長電池工作壽命。LT8640 的獨特設計在所有條件下保持了僅為100mV(在1A) 的最小壓差電壓，從而使該器件在汽車冷車發動等情況下表現出色。

此外


，短至僅為 40ns 的最短接通時間在16V輸入至1.5V輸出時實現了 2MHz 恒定頻率切換，從而使設計師能夠優化效率，同時避開關鍵噪聲敏感頻段。LT8640 的20 引線3mmx4mmQFN封裝和高開關頻率允許使用很小的外部電感器和電容器
，可構成占板麵積緊湊的高熱效率解決方案。

結語

汽車中極端複雜的電子係統迅速增加，對電源管理 IC 提出了更高的要求，同時大負載電流、高開關頻率和高效率設計合起來帶來了巨大的 EMI 挑戰。不過
，LT8640 的獨特設計提供了高效率、快速切換性能，實現了占板麵積非常緊湊的解決方案
，並且 EMI 輻射超低，從而在電源 IC 領域樹立了全新標準，也為未來汽車中增加更多的電子係統鋪平了道路。

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