基于LT1976单片降压开关稳压器的汽车降压系统的解决方案

DC-DC

如今的汽车电子系统越来越复杂。同时，汽车环境对任何电子产品来说都是很大的挑战，因为汽车电子系统要求运行电压很宽，并且有很大的瞬态电压和温度变化。另外，性能要求也越来越高，需要多个供应电压以满足系统的不同要求。典型的导航系统可以有六个或者以上的不同供应电源，其中包括8V、5V、3.3V、2.5V、1.8V和1.5V。

同时，虽然组件数量增加了，但是空间却越来越小。因此，在空间和温度要求非常高的情况下，效率是非常关键的因素。在低输出电压，甚至是中等电流情况（几百毫安以上），不能指望采用线性稳压器来产生这些系统电压。其结果是，在过去的几年中，开关稳压器已经逐渐代替了线性稳压器，这主要是因为温度限制。开关电源的好处如效率提高和引脚占位更小等，这弥补了其复杂性和EMI方面的考虑。

考虑到这些限制，就开关稳压器来说，必须具备以下特点：

输入运行范围要宽

宽负载范围内效率要高

在正常运行、待机和关机时静态电流要低

热量电阻要低

噪声和EMI要最低。

下面对以上特点作具体说明：

输入运行范围要宽

任何的开关稳压器都需要被设置成能够在3V到60V的输入电压范围内工作，而且必须能够应用在14V或42V的汽车系统内。60V定额为14V的系统提供了很好的空间，因为这系统通常都在36V到40V范围。另外，60V定额使设备能够用在未来的42V系统中。这说明现在为14V系统做的设计无需许多重新设计便可升级成为42V系统。

效率

宽负载的高效率电源转换在大部分汽车系统中都至关重要。例如，在10mA到1.2A负载范围内的5V输出要求电源转换效率在85% 左右。在高电流情况下，内置的开关需要有很好的饱和度，通常是1A下0.2 。要提高低负载效率，驱动电流需要降低或调整至与负载电流成比例。另外，内置控制电路的电源可以通过一个偏置引脚提供，而该引脚则从输出获得电源。这样就利用上了降压转换器的电源转换效率。该偏置电流来自输出而不是输入，减少了控制电路所要求的输入供应电流，而比例是输出与输入电压之比。例如，在3.3V的100uA输出电流仅仅需要在12V的一个30uA平均输入电流。这使控制电路的输入电流最小化，同时还提高了轻负载效率。

低静态电流

在汽车系统中还有很多应用需要持续电源，即使是在停车的时候也是如此。这些应用最重要的要求是低静态电流。设备可以在正常持续开关模式下运行直到输出电流降至大约100mA。在这个水平以下，开关稳压器必须跳过脉冲，以保持稳压状态，该稳压器可以在脉冲之间进入睡眠状态，此时只有部分内置电路通电。在轻负载电流情况下，开关稳压器需要自动转换到突发模式运行。在这种模式下，12V到3.3V转换器要求静态电流应该下降到100uA以下。内置基准和电源良好状态电路在睡眠状态下也是启动的，能够检测输出电压。静态电路在关机状态下应该低于1uA。

低热阻

理想情况下，接点到框架的热阻应该是低的。如果器件背面是暴露在外的铜，而且焊接在印制板的表面，那么印制板可以用来从器件上将热量散发出去。现在大多数内置电源板的四层主板可以达到热阻在40 C/W范围内。能够很好地向金属外壳散热的高周边温度应用能使接点到框架的热阻接近典型的10 C/W。这有助于扩大有用的工作温度范围。

噪声与EMI的考虑

尽管开关稳压器比线性调节器产生更多的噪声，但它们的效率要高得多。只要开关电源情况可以预测，噪声和EMI水平在很多敏感性的应用中被证明是可管理的。如果开关稳压器在正常状态下以恒定的频率切换，而且开关的边缘干净且可以预测，并没有过冲或高频率的振荡，那么EMI可以最小化。小封装尺寸和高运行频率可以提供小而紧凑的布局，从而使EMI最小化。 此外，如果稳压器可以与低ESR陶瓷电容器一起使用，输入和输出电压纹波都可以被最小化，它们是系统里另外的噪声来源。

凌特公司的LT1976是60V单片降压开关稳压器家族中的最新产品。该设备满足汽车应用的多项重要要求。LT1976的输入电压范围很宽，在3.3V到60V之间。它在负载电流高达1.2A时效率很高。在各种电压、负载和温度条件下基准精确率达 +/- 2%。由于其突发模式的特点，在12V到3.3V的应用中静态电流是90uA。该设备采用小型扁平的TSSOP封装，热阻非常低，从而能够进行非常小的引脚占位。最后，它采用电流模式布局，以保证良好的瞬态响应和简单的补偿，以及专利电路可以对所有占空比保持恒定的峰值开关电流。开关频率是恒定的200kHz，该器件可以被同步到更高频率。

它在汽车温度范围内提供准确的调节，包括电源状态良好/重置、软启动、UVLO等功能。该电路为电流高达1.2A的汽车降压系统提供了一个强大、有效和小引脚的解决方案，使设计师能够为复杂的汽车应用设计出一个直接、简单的解决方案。

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