电源芯片在汽车市场的发展及应用

　　1. 电源产品在汽车市场的发展趋势是怎样的?

　　答：汽车市场是凌力尔特着重关注的一个终端市场。在上一个财政年度里，该市场的销售额在公司总销售额中所占的比重增长到了 20%，持续领跑于公司的整体增长水平。在汽车行业中，大量的创新与差异化都来源于汽车电子产品。人们对于改善安全性、燃油效率和驾乘舒适性的需求带来了重大的发展机遇。混合动力汽车及全电动汽车的激增将稳步地拉动创新型模拟产品的需求。除了车载电子产品的增多之外，预计全球主要的汽车市场也将呈现稳中见长之势。

　　汽车电子系统中的许多应用电路都需要连续供电，即使在汽车停泊时也不例外，比如：遥控无钥匙进入、安全、甚至个人信息娱乐系统，常常包括导航、GPS 定位和紧急呼叫 (e-call) 功能。或许人们很难理解为什么这些系统即使在汽车停驶时仍然必须保持接通状态，但是，出于应急和安全的考虑，此类系统的 GPS 关联电路的确必须 “始终保持接通”。这项要求并非可有可无，有了它就可以在需要的情况下通过外部操作实现基本的控制。此类应用的一项关键要求是低静态电流，旨在延长电池的使用寿命。凌力尔特一直在生产待机静态电流小于 5μA 的开关稳压器。因此，这些产品可以很好地被中国的汽车电子制造商所接纳。

　　凌力尔特公司电源产品部产品市场总监Tony Armstrong

　　在大多数汽车环境中，开关稳压器经常在那些重视低散热量和高效率的地方取代线性稳压器。而且，开关稳压器通常是输入电源总线线路上的首个有源组件，因而对整个产品设计的 EMI 性能具有重大的影响。滤波器常常用于通过衰减某特定频率或一个频率范围内的强度以降低 EMI。穿越空间传播 (辐射) 的部分能量可通过增设金属和磁屏蔽来衰减。而依靠 PCB 走线进行传播 (传导) 的那部分能量则通过增设铁氧体磁珠和其他滤波器来抑制。EMI 无法彻底消除，但能衰减至可被其他通信、信号处理和数字组件接受的水平。

　　不管每年的汽车销售量有多少，汽车中的电子产品使用量都将持续增加。混合动力汽车和全电动汽车的宣传造势将进一步推动该市场的成长。随着电池越来越多地用作电源，人们同样需要最大限度地延长其有效使用寿命。电池电量失衡 (电池组中个别电池单元的电荷状态失配) 是大型锂电池组所存在的一个问题，其产生根源在于制造工艺、工作条件及电池老化方面的偏差。这种电量失衡会导致电池组总容量的下降，并有可能损坏电池组。电量失衡将导致电池无法进行从“充电状态”到“放电状态”的跟踪，而假如不能进行严密的电量监视，就会造成电池过度充电或过度放电，从而将永久性地损坏电池。

　　混合动力汽车与电动汽车电池组中使用的电池由电池制造商根据容量和内阻进行分选，以减小装运至客户的某一给定批次中各个电池之间的偏差。然后，利用经过仔细挑选的电池来制作汽车电池组，以改善电池组中各电池单元之间的总体电量匹配水平。从理论上讲，这种做法应能避免在电池组中形成大的电量失衡，但尽管如此，业界的共识是：当制作大型电池组时，仍然需要进行电池电量测量和电池电量平衡以保持高电池容量，从而获得长久的电池组使用寿命。正是在这一应用领域，凌力尔特的新型电池管理系统 (BMS) 产品系列受到了用户的极大欢迎，这在目前已投产和路上行驶的轿车和公共汽车中使用，并且是为数极少的 BMS 产品之一。

　　2. 依贵公司看，这个细分领域中，电源/电源芯片的应用与创新是什么?

　　答：由于汽车市场对于凌力尔特来说是一个重要的市场，因此我们专门调配了大量的设计资源，以着重开发那些可解决上述问题的产品。

　　例如，针对 EMI 问题的被证明行之有效的方法是为整个电路使用一个屏蔽盒，尽管那样，屏蔽措施也并不能阻止至屏蔽盒内部之敏感电路的耦合。当然，这增高了成本、增加了所需的电路板空间、使得热管理和测试更加困难，并引入了额外的组装费用。另一种常用的方法是减缓开关边缘速率。这种做法具有降低效率、增加最小导通 / 关断时间及其关联的死区时间、以及牺牲潜在电流控制环路速度等不良影响。

　　几年前，凌力尔特推出了我们的 LT8614 Silent Switcher® 稳压器，其在未使用屏蔽盒的情况下提供了屏蔽盒的预期作用，同时还消除了上述的许多缺陷。然而，在某些噪声应用中，电源设计师就是不喜欢使用基于电感器的稳压器，原因是存在与其相关联的 EMI 辐射。与此同时，线性稳压器 (亦称 LDO) 的使用也可能由于其转换效率相对较低和需要采取散热措施而被排除在外。因此，他们会转向一种常用的替代方案，即充电泵。于是，我们推出了 LTC3245 和 LTC3260，以为设计师提供另一种介于上述两种方法之间的实用型替代解决方案。

　　3. 贵公司的芯片或解决方案的优势是什么，有哪些创新性的解决方案?

　　答：LTC3245 是一款降压-升压型稳压器，其免除了传统的电感器并使用了一个开关电容器充电泵作为替代。其输入电压范围为 2.7V 至 38V，而且它能够在未使用一个反馈分压器的情况下用于产生两个固定输出电压 (3.3V 或 5V) 之一，或通过一个反馈分压器以设置从 2.5V 至 5.5V 的任何输出电压。最大输出电流为 250mA。LTC3245 能调节一个高于或低于输入电压的电压，从而使其可满足汽车的冷车发动要求。它的完整原理图请见图 1。

　　图 1：采用一个 2.7V 至 38V 输入提供一个固定 5V输出的 LTC3245 原理图

　　该充电泵在采用一个 12V 电源提供 5V/100mA 输出时能够实现 80% 的效率，几乎比线性稳压器高出两倍，从而可避免采用散热器之 LDO 的空间和成本要求。与 LDO 相比，它在满负载条件下所产生的功率损耗几乎低了三倍。LTC3245 的效率和功率损耗曲线见图 2。

　　图 2：LTC3245 采用 12V 输入产生 5V 输出时的效率 / 功率损耗曲线

　　另外，LTC3245 还拥有卓越的辐射和传导 EMI 性能，如图 3a 和 3b 所示。这些测量是按照 CISPR22 和 CISPR25 标准在一个微室中进行的。由图可见，在正确去耦的情况下，LTC3245 在力图满足针对辐射发射和传导发射的政府监管条例时不会产生任何问题。

　　图 3：LTC3245 的辐射 (a) 和传导 (b) 发射

　　在许多工业、医疗和汽车应用中，诸如运算放大器、驱动器或传感器等电子组件的运作通常需要双极性电源。然而，在负载点却很少有一个可用的双极性电源。正是由于存在此需求，而且缺少一种简单易用的解决方案，因此凌力尔特开发了 LTC3260。

　　LTC3260 是一款具有两个低噪声 LDO 稳压器跟随器的负输出充电泵 DC/DC转换器，可利用单个 4.5V至 32V 输入电源产生正和负电源，如图 4 中的完整原理图所示。该器件能够在高效率的突发模式 (Burst Mode®) 操作与低噪声的恒定电流频率模式之间切换，从而使设计师能够针对应用的具体情况做出最佳的折衷。

　　LTC3260 可利用反相输入电压在其充电泵输出端 (VOUT) 上提供高达 100mA 的电流。另外，该 VOUT 还充当一个负 LDO 稳压器 (LDO-) 的输入电源。充电泵频率可由单个电阻器在 50kHz 至 500kHz 的范围内调节。LTC3260 的每个 LDO 能支持高达 50mA 的负载。而且，每个 LDO 具有 300mV 的压差电压 (在 50mA)，一个输出电阻分压器网络可设定输出电压。当两个稳压器均被停用时，停机静态电流仅为 2μA。

　　图 4：一个 12V 输入电源至 ±5V 输出