汽车设计需要低EMI同步降压型转换器
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更小的电源转换电路
有几种方式可以缩小电源转换电路。一般而言，电路中最大的组件不是电源 IC，而是外部电感器和电容器。通过将 IC 的开关频率从 400kHz 提高到 2MHz，这些外部组件的尺寸可以大大减小 (解决方案占板面积可以减小 4 倍)。但是为了有效做到这一点，电源 IC 必须在较高频率时提供高效率，这在以前一直是不可行的。不过，通过采用新的工艺和设计方法，已经开发出提供 95% 以上效率同时以 2MHz 切换的同步电源 IC。高效率工作最大限度地降低了功耗，消除了对散热器的需求，并且高效率工作还增加了可保持开关噪声处于 AM 频段以外的好处。
“始终保持接通”系统需要超低电源电流
很多电子子系统都需要在“待机”或“保活”模式工作，处于这种状态时以稳定电压吸取最低限度的静态电流。在大多数导航、行车安全、安保以及引擎管理电子电源系统中都能看到这类电路。此外，这类子系统每个都可能含有几个微处理器和微控制器。大多数豪华型汽车都内置超过 150 个这类DSP，其中大约 20% 需要始终保持接通工作。在这类系统中，电源转换 IC 必须以两种不同的模式工作。首先，当汽车处于运行时，为这些 DSP 供电的电源转换电路一般会以电池和充电系统馈送的满电流工作。不过，当汽车点火系统关闭时，这些系统中的微处理器必须“始终保持接通”，从而要求其电源 IC 提供恒定电压，同时从电池吸取最低限度的电流。既然可能有超过 30 个这类始终保持接通的处理器同时工作，那么，即使当点火系统关闭时，对电池也有相当大的功率需求。总体而言，可能需要数百毫安电源电流为这些始终保持接通的处理器供电，这有可能在几天时间内彻底耗尽一个电池的电量。
因此，这些电源 IC 的静态电流需要大幅降低以延长电池寿命，且不增加电子系统的尺寸或复杂性。直到最近，对于 DC/DC 转换器而言，高输入电压和低静态电流要求还是相互排斥的参数。大约十年前，几家汽车制造商为始终接通的 DC/DC 转换器确定了一个<100μA 的低静态电流目标，但是今天，低于 10μA 已成为首选。幸运的是，现在已有新一代电源 IC 可用，这些 IC 在备用模式下提供低于 2.5μA 静态电流。
新型解决方案
直到现在，仍然没有办法确保通过选择电源 IC 使 EMI 得到抑制，并满足效率要求。不过 LT8640 Silent Switcher稳压器使这些成为可能。LT8640 是 Silent Switcher 高压同步降压型稳压器系列的第二款器件。该器件是一款 5A(连续电流，峰值电流 7A)、42V 输入同步降压型开关稳压器。正如在图 3 中可以看到的那样，在没有启动扩展频谱功能时，EMI 辐射比汽车 CISPER 25 Class 5 峰值限制值低 10dB 至 30dB。在最关键的汽车频段，扩展频谱将这些辐射值再降低5dB 至10dB。与现有最新开关稳压器相比，EMI 辐射合起来可降低超过 25dB。图3中 LT8640 以 2MHz 频率切换，负载电流为 4A，无需外部 EMI 屏蔽。
图 3 有/无扩展频谱时 LT8640 的EMI 辐射性能 (fSW=2MHz，ILOAD=4A)
Radiated EMI Performance： EMI 辐射性能
CISPR25 Radiated Emission Test with Class 5 Peak Limits：具 Class 5 峰值限制的 CISPR25 辐射测试
AMPLITUDE：幅度
VERTICAL POLARIZATION：垂直极化
PEAK DETECTOR：峰值检测器
CLASS 5 PEAK LIMIT：Class 5 峰值限制
BURSTMODE：突发模式
SPREAD SPECTRUM MODE：扩展频谱模式
FREQUENCY：频率
图 4 所示为 LT8640 的原理图。同步整流无需任何外部二极管，从而提高了效率，同时减小了解决方案占板面积。这个原理图电路采用 3.3μH 电感器，以 1MHz 开关频率切换，提供 96% 的效率。不过，正如在图 5 中所能看到的那样，以 2MHz 频率运行 LT8640 避开了与 AM 无线电频段有关的任何干扰问题，且可以使用更小的 2.2μH 电感器，同时仍然提供 95% 的效率。LT8640 运用独特设计，最大限度地降低了开关损耗，使该器件能够以 2MHz 或更高的开关频率提供较高的效率。
图 4 LT8640 典型汽车应用原理图，提供 5V 输出
图 5 LT8640 在 1MHz、2MHz 和 3MHz 时的效率曲线
12VIN to 5VOUT Efficiency：12VIN 至 5VOUT 效率
EFFICIENCY：效率
POWER LOSS：功耗
LOAD CURRENT：负载电流
LT8640的3.4V至42V输入电压范围使该器件非常适合汽车及工业应用。内部高效率开关在电压低至0.97V时提供高达5A的连续输出电流和7A峰值负载。其突发模式 (Burst Mode) 工作仅消耗 2.5μA 静态电流，从而非常适合汽车始终保持接通系统等应用，因为这类系统需要延长电池工作寿命。LT8640 的独特设计在所有条件下保持了仅为100mV(在1A) 的最小压差电压，从而使该器件在汽车冷车发动等情况下表现出色。此外，短至仅为 40ns 的最短接通时间在16V输入至1.5V输出时实现了 2MHz 恒定频率切换，从而使设计师能够优化效率，同时避开关键噪声敏感频段。LT8640 的20 引线3mmx4mmQFN封装和高开关频率允许使用很小的外部电感器和电容器，可构成占板面积紧凑的高热效率解决方案。
结论
汽车中极端复杂的电子系统迅速增加，对电源管理 IC 提出了更高的要求，同时大负载电流、高开关频率和高效率设计合起来带来了巨大的 EMI 挑战。不过，LT8640 的独特设计提供了高效率、快速切换性能，实现了占板面积非常紧凑的解决方案，并且 EMI 辐射超低，从而在电源 IC 领域树立了全新标准，也为未来汽车中增加更多的电子系统铺平了道路。
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