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 問wen題ti。由you於yu一yi般ban情qing況kuang下xia，開kai關guan穩wen壓ya器qi是shi輸shu入ru電dian源yuan總zong線xian上shang的de第di一yi個ge有you源yuan組zu件jian，所suo以yi無wu論lun下xia遊you轉zhuan換huan器qi性xing能neng如ru何he，開kai關guan穩wen壓ya器qi都dou會hui對dui總zong體ti轉zhuan換huan器qi 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 gezheleishizhongbaochijietongdechuliqitongshigongzuo
，name，jishidangdianhuoxitongguanbishi
，duidianchiyeyouxiangdangdadegonglvxuqiu。zongtieryan，kenengxuyaoshubaihaoandianyuandianliuweizhexieshizhongbaochijietongdechuliqigongdian，zheyoukenengzaijitianshijianneichedihaojinyigedianchidedianliang。

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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