为汽车电子系统提供供电和保护，无开关噪声，效率高达99.9%
ISO 16750-2解决方案汇总
图3汇总介绍了应对负载突降、反向输入电压、叠加交变电压和发动机启动工况测试的各种解决方案，以及各种方案的优缺点。可以得出几个关键结论：
◇ 漏极面向输入的串接N通道MOSFET极其有用，因为它可用于限流和断开输出，无论是它被用作开关（例如，在降压功率级中）或线性控制器件（例如，在浪涌抑制器中）。
◇ 涉及反向输入保护和叠加交变电压时，使用N通道MOSFET作为整流组件（面向输入的源极）可以大幅降低功率损失和压降（与使用肖特基二极管相比）。
◇ 相比线性稳压器，使用开关模式电源更合适，因为它可以消除功率器件的SOA导致的可靠性问题和输出电流限制。它可以无限调节输入电压极限值，而线性稳压器和无源解决方案本身存在时间限制，这种限制会令设计更加复杂。
◇ 升压稳压器可能需要使用，也可能不需要使用，具体由启动工况的分类和ECU（必须提供的最高电压是多少）的详情决定。
如果需要升压稳压，那么4开关降压-升压稳压器会将上述需要的特质融合到单个器件中。它可以在高电流电平下，有效调节严重欠压和过压瞬变，以延长持续时间。从应用的角度来看，这使其成为最可靠和简单的方法，但其设计复杂性也会增加。然而，典型的4开关降压-升压稳压器存在一些缺点。其一，不能自然提供反向电池保护，必须使用额外电路来解决这个问题。
4开关降压-升压稳压器存在的主要问题在于：它的很大部分运行寿命都消耗在效率更低、噪声更高的降压-升压开关区域。当输入电压非常接近输出电压(VIN ~ VOUT)时，所有4个N通道MOSFET都会主动开启，以保持稳压。随着开关损耗增大，以及使用最大的栅极驱动电流，效率降低。当降压和升压功率级热回路都启用，稳压器输入和输出电流出现断续，这个区域内的辐射和导电EMI性能会受到影响。
4开关降压-升压稳压器可以调节偶然出现的大幅度欠压和瞬态过压，但需要使用高静态电流、降低效率，并且在更常见、常规的转换区域产生更高噪声。
图7.LT8210对电池反接的响应。
带通工作模式提供高效率和EMI性能降压-升压区域
LT8210是4开关降压-升压DC/DC控制器，可以按照惯例使用固定输出电压运行，且支持新Pass-Thru™工作模式（图4），可以通过可配置的输入电压窗口消除开关损失和EMI。该控制器在2.8 V至100 V范围内运行，可以调节发动机启动期间最严重的电池压降，也可以调节未受抑制的负载突降的峰值幅度。它本身提供–40 V反向电池保护，通过增加单个N通道MOSFET实现（图5中的DG）。
在带通模式下，当输入电压在窗口之外时，输出电压被调节至电压窗口的边缘。窗口顶部和底部通过FB2和FB1电阻分压器配置。当输入电压在此窗口之内时，顶部开关（A和D）持续开启，直接将输入电压传输至输出。在不开关状态下，LT8210的总静态电流降低至数十微安。不开关意味着没有EMI和开关损失，所以效率高达99.9%以上。
对于两方面都想实现最佳效果的人来说，可以使用LT8210，它可以通过切换MODE1和MODE2引脚，在不同的工作模式之间切换。换句话说，LT8210在某些情况下可以作为具有固定输出电压（CCM、DCM，或Burst Mode™）的传统的降压-升压稳压器运行，然后，在应用条件变化时，转而采用带通模式。对于常开系统和启停应用而言，这个特性非常有用。
图8.对发动机冷启动的带通响应。
带通性能
图5所示的带通解决方案将窗口中8 V和17 V的输入传输至输出。当输入电压高于带通窗口时，LT8210将该电压降低至经过调节的17 V输出。如果输入降低至低于8 V，LT8210将输出电压升高至8 V。如果电流超过电感限流或设置的平均限流（通过IMON引脚），作为保护特性在带通窗口中触发开关操作以控制电流，。
图6、图7和图8分别显示LT8210电路对负载突降、反向电压和启动工况测试做出的反应。图9和图10显示在带通窗口下，实现的效率改善和可以实现的低电流操作（低电流时的效率令人惊讶）。图11显示带通模式和CCM操作之间的动态转换。关于此电路的LTspice模拟，以及最严格的ISO 16750-2测试脉冲的加速版本。
图9.CCM和带通操作的效率。
图10.在带通模式(VIN = 12 V)下，无负载输入电流。
结论
为汽车电子系统设计电源时，LT8210 4开关降压-升压DC/DC控制器通过其2.8 V至100 V输入工作范围、内置的反向电池保护和其新带通工作模式，提供出色的解决方案。带通模式可以改善降压-升压操作，实现零开关噪声、零开关损失，以及超低的静态电流，同时将输出调节至用户配置的窗口水平，而不是固定电压。输出电压的最小和最大值与例如负载突降和冷启动期间的大幅度瞬变相绑定，没有MOSFET SOA或者由线性状况导致的电流或时间限制。
新型LT8210控制方案支持在不同的开关区域（升压、降压-升压、降压和不开关）之间实现干净快速的瞬变，因此能够调节输入中的大信号和高频率交流电压。LT8210可以在带通操作模式和传统的固定输出电压、降压-升压操作模式（CCM、DCM或Burst模式）之间切换并保持运行，固定输出可以设置为带通窗口中的任何电压（例如，在8 V至16 V窗口中，VOUT=12 V）。这种灵活性使得用户能够在带通和常规的降压-升压操作之间切换，利用带通模式的低噪声、低IQ和高效率操作，在CCM、DCM或Burst模式下实现更精确的稳压和更出色的瞬态响应。
图11.带通和CCM操作之间的动态转换。
参考文献
1 Dan Eddleman。“低静态电流浪涌抑制器：符合ISO 7637-2和ISO 16750-2要求的可靠汽车电源保护。”LT Journal of Analog Innovation，2017年1月。
2 Christian Kueck。“经过改善的汽车电子设计。”ADI公司，2013年4月。
3 Bin Wu、Zhongming Yi。“用于恶劣汽车环境的全面电源系统设计占用空间极小，可节约电池电量且具有低EMI特性。”《模拟对话》，第53卷，2019年8月。
4 Dan Eddleman。“LTspice：ISO 7367-2和ISO 16750-2瞬变模型。”ADI公司，2019年。
ISO 7637-2:2011。国际标准化组织，2011年3月。
ISO 16750-2:2012。国际标准化组织，2012年11月。
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