隨著汽車(chē)中使用的電子元件數(shù)量不斷快速增多拯勉，我們可以預(yù)期電源轉(zhuǎn)換集成電路會(huì)面臨更多設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)：

   有些器件需要穩(wěn)定的電壓輸入仍桌、低靜態(tài)電流和低噪聲候殿，而另一些器件則需要為滿足LED照明等特定應(yīng)用的需求而專(zhuān)門(mén)定制，所有器件都需要占板面積更小遥倦、效率盡可能高谤绳。

   汽車(chē)中每年都在不斷增加越來(lái)越復(fù)雜的電子系統(tǒng)。市場(chǎng)調(diào)查公司IC Insights預(yù)計(jì)袒哥，2008年汽車(chē)半導(dǎo)體市場(chǎng)將從2005年的125億美元增長(zhǎng)到超過(guò)181億美元缩筛。另一家市場(chǎng)調(diào)查公司 Strategy Analytics 對(duì)這個(gè)市場(chǎng)的看法也同樣樂(lè)觀：今天，在汽車(chē)總成本中堡称，電子系統(tǒng)成本所占比重超過(guò)20%瞎抛，到2008年這個(gè)比重將超過(guò)30%。汽車(chē)中安裝的電子系統(tǒng)包括信息娛樂(lè)系統(tǒng)却紧、發(fā)動(dòng)機(jī)管理桐臊、防撞雷達(dá)、衛(wèi)星無(wú)線電設(shè)備和電視啄寡、免提蜂窩電話以及其它無(wú)線連接系統(tǒng)豪硅。這些系統(tǒng)過(guò)去常常只出現(xiàn)在歐洲“高檔”豪華型汽車(chē)中，但是現(xiàn)在卻正在集成到更多“主流”汽車(chē)中挺物，這使得汽車(chē)集成電路市場(chǎng)的增長(zhǎng)更加快。

   增長(zhǎng)最明顯的領(lǐng)域之一是基于DVD/HDD的信息娛樂(lè)系統(tǒng)飘弧，這些系統(tǒng)是大多數(shù)中高檔汽車(chē)的標(biāo)準(zhǔn)配置盘胯。這類(lèi)系統(tǒng)于1997年首次推出，2006年全球銷(xiāo)量預(yù)計(jì)將超過(guò) 1500萬(wàn)部要尚。這種信息娛樂(lè)系統(tǒng)至少包括導(dǎo)航系統(tǒng)刚驶、AM/FM收音機(jī)和CD播放器，但是現(xiàn)在越來(lái)越多的系統(tǒng)增加了具有多個(gè)輸出的DVD播放器朽擒、衛(wèi)星無(wú)線電設(shè)備牙吼，甚至在某些情況下還增加了衛(wèi)星電視。這些系統(tǒng)年復(fù)年地變得越來(lái)越復(fù)雜今搂，還增加了面朝后的汽車(chē)攝像機(jī)柱称、遇險(xiǎn)通信系統(tǒng)、藍(lán)牙兼容免提蜂窩電話等選項(xiàng)饼簸。

   同時(shí)臼磁，這些系統(tǒng)中的元件數(shù)也在增多遗挚，而可用空間卻在不斷縮小。因此吊磕，任何實(shí)用的散熱器都太大勃犬，系統(tǒng)無(wú)法容納。這樣一來(lái)挎狸，由于空間限制和工作溫度要求扣汪，電源轉(zhuǎn)換效率就成了關(guān)鍵因素。在低輸出電壓和甚至高于幾百毫安的中等電流水平锨匆，簡(jiǎn)單使用線性穩(wěn)壓器產(chǎn)生這類(lèi)系統(tǒng)所用電壓都不再可行了崭别，因?yàn)楫a(chǎn)生的熱量太多。因此统刮，主要由于熱限制紊遵，開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器正在取代線性穩(wěn)壓器。開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的高效率侥蒙、小占板面積等好處與附帶的復(fù)雜性和EMI問(wèn)題相比暗膜，還是利大于弊的。

   這些復(fù)雜的系統(tǒng)需要在可靠和緊湊的布局中有大量電壓軌鞭衩，為這樣的系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源給電源集成電路設(shè)計(jì)帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)学搜。圖1說(shuō)明了今天的信息娛樂(lè)系統(tǒng)的復(fù)雜性。
 
   典型的信息娛樂(lè)系統(tǒng)可能有 8 個(gè)或更多不同的電源论衍，如8.5V(在歐洲是 8.5V瑞佩，在日本是 9.5V)、5V瓤计、3.3V智谓、2.5V、1.5V和1.2V圾峭。8V用作DVD電機(jī)電源嚎蛀，用于旋轉(zhuǎn)盤(pán)片，這通常需要高達(dá)2A的峰值電流堤谴。5V和3.3V電源軌一般用于系統(tǒng)總線缰畦，通常都需要提供2A至3A電流。2.5V電源軌用于存儲(chǔ)器和I/O栋固，1A至2A電流足夠了肥稠。1.5V和1.2V電源軌分別用于為CPU和DSP內(nèi)核供電。這兩種電壓軌的功率級(jí)通常在3W至5W 之間埋署。

   除了這些較高電流的應(yīng)用玫桅，也需要較低功率級(jí)(低于1W)用于主TFT-LCD顯示器(一般為7英寸至10英寸)以及攝像機(jī)CCD的偏置。還需要一個(gè)5W至10W的功率級(jí)用于TFT-LCD顯示器的白光LED背光照明。

   由于要滿足所有這些功率需求鳞编，因此在大多數(shù)信息娛樂(lè)系統(tǒng)中可以發(fā)現(xiàn)多種開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器汁蝶。在比較有利的電氣環(huán)境中，可使用便攜產(chǎn)品所用的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器论悴。不過(guò)掖棉，有些電源集成電路面對(duì)的是苛刻得多的電氣環(huán)境，這帶來(lái)了很大的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)膀估。例如幔亥，無(wú)論何時(shí)，只要電源軌直接產(chǎn)生于電池/充電系統(tǒng)察纯，就要求寬輸入電壓范圍來(lái)滿足電壓擺幅極大的要求帕棉。如果特定系統(tǒng)需要保持“始終接通”狀態(tài)，那么最重要的是要具有最低靜態(tài)電流饼记。類(lèi)似地香伴，開(kāi)關(guān)頻率接近AM/RF/GPS電路頻率的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器集成電路一定不要對(duì)這些頻帶產(chǎn)生干擾。用于TFT-LCD背光照明的LED 驅(qū)動(dòng)器集成電路必須具有寬調(diào)光范圍具则，以補(bǔ)償最輕微的環(huán)境光線變化即纲。最后，所有 DC/DC 轉(zhuǎn)換器都要盡可能小博肋，以適合緊湊的布局低斋，還要盡可能高的效率，以消除對(duì)散熱器的需求刹震。

用電池供電

   不管信息娛樂(lè)系統(tǒng)中有什么樣的應(yīng)用或子系統(tǒng)司逗，電源最初都是來(lái)自汽車(chē)電池和充電系統(tǒng)。然而环自，汽車(chē)電池或充電系統(tǒng)剛好是電氣環(huán)境最苛刻的地方改佛。就電源集成電路以及由這些集成電路供電的子系統(tǒng)而言，主要關(guān)注兩種情況：負(fù)載突降和冷車(chē)發(fā)動(dòng)辰襟。

1．負(fù)載突降(60V瞬態(tài)保護(hù))：

“負(fù)載突降”是交流發(fā)電機(jī)正在給電池充電而電池電纜斷接時(shí)出現(xiàn)的情況史糕。圖 2 顯示了由負(fù)載突降引起的典型電壓瞬態(tài)。在交流發(fā)電機(jī)試圖全力充電時(shí)突然斷接可能產(chǎn)生高達(dá)80V的瞬態(tài)電壓尖峰诞书。交流發(fā)電機(jī)上的瞬態(tài)電壓抑制器通常將總線電壓箝位在36V到60V之間。不過(guò)棋裳，交流發(fā)電機(jī)的下游器件主端DC/DC轉(zhuǎn)換器可能仍然要承受 60V 的瞬態(tài)電壓尖峰快檀。由于這些轉(zhuǎn)換器和由轉(zhuǎn)換器供電的子系統(tǒng)在這種瞬態(tài)事件發(fā)生期間和發(fā)生以后要正常工作，因此DC/DC轉(zhuǎn)換器能夠處理這些高壓(60V 至 100VMAX)瞬態(tài)是至關(guān)重要的凭协《季В可以在外部實(shí)現(xiàn)各種保護(hù)電路(通常是瞬態(tài)電壓抑制器)，但是外部電路提高了成本，而且需要占用寶貴的空間耽梅。凌特公司的幾款高壓開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器薛窥，如LT3433、LT3434/5眼姐、LT1976/7和LT3437/8诅迷，能夠承受高達(dá)80V的瞬態(tài)電壓，同時(shí)保持輸出穩(wěn)壓众旗，不對(duì)系統(tǒng)性能或可靠性造成影響罢杉。一般情況下，這些穩(wěn)壓器是降壓型或降壓-升壓型的贡歧，可經(jīng)受由充電/電池系統(tǒng)中斷引起的汽車(chē)電池和交流發(fā)電機(jī)的電壓改變滩租。
 
   總之：負(fù)載突降瞬態(tài)是由正在充電的電池意外斷接引起的電壓尖峰；負(fù)載突降瞬態(tài)規(guī)格為36V至80V利朵，但是取決于具體使用的是哪一代電源以及所用的控制方法律想；如果不加抑制，負(fù)載突降瞬態(tài)能損壞電源總線上的很多電子元件绍弟。

2．冷車(chē)發(fā)動(dòng)(4.5V至超過(guò)60V的輸入瞬態(tài))：

   “冷車(chē)發(fā)動(dòng)”是汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)在寒冷或冰凍溫度下度過(guò)一段時(shí)間后發(fā)生的情況霸碰。這時(shí)機(jī)油變得非常黏稠，需要發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)器提供更大的扭轉(zhuǎn)力读铁，而這又需要電池提供更大的電流囱蕴。這種大電流負(fù)載能在啟動(dòng)時(shí)將電池/主端總線電壓拉低至 4V，之后砂两，電壓一般會(huì)返回到標(biāo)稱(chēng)的13.8V朋堪。圖2用圖形表述了在冷車(chē)發(fā)動(dòng)時(shí)電壓隨時(shí)間變化的情況。問(wèn)題是汪汰，某些子系統(tǒng)在整個(gè)冷車(chē)發(fā)動(dòng)過(guò)程中需要非常恒定的穩(wěn)定輸出盹扮。這些應(yīng)用一般用 3.3V 電壓工作，包括發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元（ECU）以及對(duì)汽車(chē)安全和可靠工作至關(guān)重要的環(huán)境和應(yīng)急系統(tǒng)等步盼。

   任何直接連接到電池上的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器都需要規(guī)定在3至60V的寬輸入電壓范圍內(nèi)工作字拒，以確保滿足冷車(chē)發(fā)動(dòng)和負(fù)載突降情況的要求。此外樊鲁，60V額定值為14V系統(tǒng)提供了極好的裕度投嫂，這些系統(tǒng)常常箝位到36V至40V的范圍。滿足上述要求的器件包括LT3430和LT3431蔗彤，這兩款器件適用于需要高達(dá)2.5A 輸出電流的應(yīng)用川梅，以及滿足1.25A電流要求的LT1766和LT1767。

始終接通系統(tǒng)

   典型的信息娛樂(lè)系統(tǒng)都有需要始終工作的子系統(tǒng)：如GPS接收器然遏、IR系統(tǒng)和系統(tǒng)微處理器贫途。由于汽車(chē)點(diǎn)火裝置有時(shí)是斷開(kāi)的吧彪，這些子系統(tǒng)必須直接連接到電池，以低功率模式工作丢早。這要求靜態(tài)電流最低姨裸，而且要求這些子系統(tǒng)能夠承受點(diǎn)火裝置接通時(shí)電池和充電系統(tǒng)的電壓變化。再加上汽車(chē)中的其他電源系統(tǒng)怨酝，因此對(duì)電池的要求越來(lái)越高了傀缩，即使在點(diǎn)火裝置斷開(kāi)時(shí)也是這樣≠炻担總體上扑毡，需要幾百毫安的電源電流來(lái)維持始終接通處理器所需的電壓，這可能在幾周之內(nèi)就能完全耗盡電池的電量盛险。為了更好地滿足這些需求瞄摊，一些汽車(chē)制造商尋求每個(gè)“始終接通”DC/DC轉(zhuǎn)換器達(dá)到100uA的最大靜態(tài)電流“目標(biāo)”。
 
   不過(guò)颅婴，直到最近颈缆，就轉(zhuǎn)換器而言，高輸入電壓和低靜態(tài)電流都是互不相容的參數(shù)要求汗钳。凌特公司的高壓(60V至80V)100uA降壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器系列是第一種同時(shí)滿足上述兩種要求的器件梧货。這個(gè)系列器件的最大輸入電壓范圍為60V至80V，輸出電流范圍為450mA(LT3437)至2.5A(LT3434)磺瓤，靜態(tài)電流都低于100uA镐催。

   該器件以4.5V至80V的輸入電壓可以維持3.3V的穩(wěn)定輸出電壓，同時(shí)具有超過(guò)80%的效率设连。它采用有引線耐熱增強(qiáng)型 TSSOP-16封裝或3mm ×3mm 纖巧無(wú)引線 DFN 封裝椅豆。這兩種封裝都具有非常高的熱效率，θJC僅為10℃/W蛀蜀，無(wú)需任何外部散熱器沽叠。LT3437 采用獨(dú)特的突發(fā)模式設(shè)計(jì)，能夠用僅為100uA的電源電流工作报斗，非常適用于始終接通應(yīng)用菊榨。LT3434和LT1976等類(lèi)似器件也可用于電流較高的應(yīng)用，如分別適用于輸出電流為2.5A和1.25A的應(yīng)用夫啊。

再轉(zhuǎn)換的電源軌

   不管電源是3.3V還是5V函卒，在進(jìn)入信息系統(tǒng)之后都可以直接驅(qū)動(dòng)很多系統(tǒng)內(nèi)部電路，因?yàn)楹芏嚯娐范伎梢杂?.7V至5.5V的電壓工作撇眯。不過(guò)谆趾，有幾種電路需要比最初的電壓軌更高或更低的電壓。最明顯的是CD/DVD驅(qū)動(dòng)器電機(jī)叛本，它需要8.5V電壓沪蓬。有些CPU和DSP需要1.2V至1.5V的電壓，面朝后攝像機(jī)的CCD需要偏置電壓(15V和-8V)来候，TFT-LCD顯示器既需要偏置電壓(8V跷叉、15V和-8V)也需要白光 LED照明(高達(dá)36V)。慶幸的是营搅，一般情況下云挟，對(duì)電池的主電源轉(zhuǎn)換已經(jīng)起到了保護(hù)這些電壓軌免受瞬態(tài)和過(guò)壓變化影響的作用，因此在這些再轉(zhuǎn)換的電源就無(wú)需保護(hù)了转质。不過(guò)最大限度地降低開(kāi)關(guān)噪聲成了最重要的事情园欣，因?yàn)楹芏嚯娫崔D(zhuǎn)換都是在靠近噪聲敏感的AM、RF或GPS接收器的地方進(jìn)行的埠限。只要開(kāi)關(guān)行為是可預(yù)測(cè)的幔膝，這些潛在的噪聲和 EMI在很多敏感應(yīng)用中就都是可管理的，這一點(diǎn)已經(jīng)得到證實(shí)旦珊。如果開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器在正常工作模式下以恒定頻率開(kāi)關(guān)抑驹，而且切換邊沿是干凈和可預(yù)測(cè)的，沒(méi)有過(guò)沖或高頻振鈴昵诅，那么EMI就得到了最大限度的降低盈侣。此外，如果穩(wěn)壓器可以采用低ESR陶瓷電容器貌梦，那么輸入和輸出電壓紋波可以最大限度地降低瘩穆，而這種紋波是系統(tǒng)中的潛在噪聲源。

驅(qū)動(dòng)DVD/CD的電動(dòng)機(jī)

   驅(qū)動(dòng)DVD/CD的電機(jī)在8.5V時(shí)需要高達(dá)2A的電流尸饵，以轉(zhuǎn)動(dòng)CD/DVD盤(pán)片自驹。由于這種在8.5V時(shí)相對(duì)高的負(fù)載，一般直接由電池供電挠囚，將電池電壓降低至8.5V饿呢。與從較低電壓軌升壓到8.5V相比，這個(gè)解決方案實(shí)現(xiàn)了較高的效率堪遂。直接用電池供電要求轉(zhuǎn)換器具有穩(wěn)定的輸入電壓能力介蛉，以保護(hù)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器免受高壓瞬態(tài)影響。凌特公司的 LT3430 既可以為這種應(yīng)用提供瞬態(tài)保護(hù)又可以提供所需的輸出電流溶褪。該器件具有高達(dá) 90% 的效率币旧，采用耐熱增強(qiáng)型TSSOP-16 封裝，熱耗散很低猿妈，同時(shí)解決方案占板面積也很小吹菱。

微處理器和存儲(chǔ)器電源

   任何信息娛樂(lè)系統(tǒng)中都有一些微處理器。它們的內(nèi)核都需要1.2V至2.5V的電源彭则，而它們的存儲(chǔ)器和I/O都需要2.5V或3.0V電壓鳍刷，因此需要對(duì)5V主電源或3.3V中間電壓軌降壓占遥。效率是最重要的，因?yàn)檫@些子系統(tǒng)非常緊湊输瓜，沒(méi)有多余的地方放置散熱器瓦胎。LTC3407-2就是一種滿足上述要求的穩(wěn)壓器。其同步整流拓?fù)涮峁└哌_(dá) 96%的效率尤揣，同時(shí)其恒定開(kāi)關(guān)頻率為2.25MHz敛意，保持噪聲在相鄰音頻接收器的敏感 AM頻帶之外。

TFT-LCD平板和CCD偏置

   TFT平板(對(duì)角線為6英寸至10英寸)除了大約8V的中間電壓(通常稱(chēng)為 AVDD)需要高達(dá)450mA的電流蝇莲，一般需要較低的偏置電源胶勾，如 16V/10mA和8V/10mA。凌特公司的LT1935是一個(gè)理想的選擇闭腊。LT1935的效率高達(dá)80%爹窥，ThinSOT封裝保持解決方案占板面積最小。面朝后攝像機(jī)的CCD也需要某些類(lèi)型的偏置電源行翘，一般需要的是15V/20mA 和-8V/50mA相吭。凌特公司的LT3472是低噪聲、恒定頻率(1.1MHz)的雙輸出升壓/負(fù)輸出型集成電路领末，可用2.2V至16V的輸入工作郊拄，提供所需的CCD偏置電壓。其3mm×3mm DFN封裝最大限度地縮小了解決方案占板面積痘涧，同時(shí)具有卓越的熱性能楚陶。

TFT-LCD白光LED背光照明

   了偏置電壓，TFT-LCD顯示器還需要背光照明以便觀看纤壁。傳統(tǒng)上左刽，背光照明一直是采用CCFL實(shí)現(xiàn)的。但是酌媒，由于白光LED的尺寸更小欠痴，可靠性更高，因此在背光照明應(yīng)用中迅速取代了CCFL秒咨。由于汽車(chē)內(nèi)部光線變化和人眼對(duì)光強(qiáng)微小變化的敏感性喇辽，要求這些顯示器的背光照明有高達(dá)1000:1的寬調(diào)光范圍。凌特公司的 LT3486(參見(jiàn)圖 4)可以解決這一問(wèn)題雨席。該器件是一種雙輸出降壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器菩咨，專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)成用12V輸入電壓驅(qū)動(dòng)多達(dá)16個(gè)100mA的白光LED(每通道8個(gè)LED串聯(lián))。它用作恒定電流源陡厘，保持LED的亮度恒定抽米，甚至每個(gè)LED的正向電壓不同時(shí)也一樣。LT3486是第一個(gè)采用“真正彩色 PWM(True Color PWM)調(diào)光”的LED驅(qū)動(dòng)器糙置，向LED提供了恒定電流云茸，保持LED以恒定顏色發(fā)光是目。調(diào)光通過(guò)降低PWM驅(qū)動(dòng)器的占空比控制。正像從圖4中可以看到的那樣谎拴，就大多數(shù)所需調(diào)光范圍而言荚谢，該器件的效率在80%到90%之間。其耐熱增強(qiáng)型TSSOP-16封裝體積很小呐品，熱效率很高。

本文總結(jié)

   隨著汽車(chē)中使用的電子元件數(shù)量不斷快速增多逸铆，我們可以預(yù)期垒汉，電源轉(zhuǎn)換集成電路會(huì)面臨更多設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。有些器件需要穩(wěn)定的電壓輸入苦钱、低靜態(tài)電流和低噪聲盛闻，而另一些集成電路則需要為滿足LED照明等特定應(yīng)用的需求而專(zhuān)門(mén)定制。所有器件都需要占板面積更小避晾，效率盡可能最高悼晨。凌特公司已經(jīng)認(rèn)識(shí)到這種發(fā)展趨勢(shì)，并已經(jīng)開(kāi)發(fā)出使汽車(chē)中電子產(chǎn)品能夠加速增多的電源集成電路啥匀。

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