关于车用DC/DC的性能分析和介绍

车载广播信号接收机一般可以接收两种制式的广播信号：调频和调幅。调幅广播应该是最老的广播模式了，虽然现在我们很少遇到，但我小时候用的收音机都是这种模式，直到改革开放后收录机出现在面前时我才见到带有调频广播的机子，它所支持的立体声还会让人非常兴奋，姑娘小伙们带着大喇叭到处游逛，时不时就会来一段迪斯科，或者是听一听来自港台的“靡靡之音”。

普通的收音机可以接收中波广播和短波广播，我国中波广播的频段位于526.6kHz-1606.5kHz，这对从事电源管理的人来说其实就是个灾难，因为很多DC/DC转换器的工作频率恰好也在这个频段，由它产生的辐射即使非常微弱，和广播信号一比还是要高出许多，因而由收音机解调出来的信号里就满是噪声，正常的广播信号已经被完全淹没了。

关于这个问题，网上有人在一篇文章中给出了如上图所示的包含了各种广播频段的电磁信号频谱图，从中可以看到中波广播的信号强度大约为-30dB甚至更低（使用磁棒天线的中波收音机能接收的信号通常在mV/m级进行计量），而下图所示的各种电子系统的频谱图中，与中波广播对应的频段，由开关电源所生成的信号强度则是在-10dB~-20dB之间，要比广播信号强很多。而到了调频广播所在的波段，开关电源的高频谐波以及微处理器、时钟、开关信号的高频成分仍然很重，需要我们在设计中好好对付。

实际上，DC/DC对广播的干扰问题是个典型的电磁兼容性问题。DC/DC这个干扰源是没有办法消除的，采取隔离、屏蔽等措施的成本又非常高，最好的办法其实是让DC/DC的工作频率远离广播频段，使广播信号和DC/DC的辐射信号各自处于不同的频率空间，干扰信号再强也很难对广播造成影响了，这里面有一个基础就是广播接收机都具有很窄的通频带，也就是说它具有很高的选择性，通频带以外的信号都被它滤除掉了。因此，当我们在为车载电子设备选择DC/DC转换器时，它的工作频率要么远远低于535kHz，要么远高于1605kHz，而且在这样做了以后还要加入各种高频抑制、屏蔽等措施，这样才可以不对广播造成干扰，即使有也是很轻的，是可以接受的。

我们接触的大部分汽车都使用12V蓄电池，所以在现实中可以看到很多车载电子设备使用18V左右耐压的DC/DC器件，但是如果考虑到车辆电源总线上随时都会出现的抛负载现象，使用36V的器件会是更安全的选择，而且在这样的情况下还要考虑更高电压尖峰的吸收问题，属于被动元件的瞬态抑制器可以在这时候发挥作用。如果要更安全，60V或是80V耐压的器件更是可以纳入考虑范畴，RT6204（60V）、RT6210（80V）可以为这样的应用提供帮助。

在立锜所提供的汽车电子器件中，RT2875是我们常常提及的一款Buck转换器，它可以在最高36V的电压下工作，输出最大可带3A的负载，输入电压跌落到4.5V也还可以有正常的输出。当然了，它只能实现降压的功能，所以在那么低的电压下是不会有5V输出的，但是汽车电子设备通常容许在输入电压跌落到一定程度时停止其工作，我们在启动汽车时看到的车辆面板上的很多设备都不工作了、很多指示灯也都熄灭了就是这一特性的体现，所以，所谓的4.5V都还能工作在某些情况下只是器件能力的一种体现而不是设计中的一种必须，但是如果你要输出3.3V，那么4.5V也能工作就可能变成必须的能力了，毕竟还是有某些设备是不容许中断工作的，甚至有时候为了做到这一点还必须要选择Buck-Boost架构的器件或是电路，像RT7880就是为此而生的，但又由于它还具有USB Type-C接口和USB PD协议的支持能力，所以在应用上又有和RT2875这样的比较单纯的器件不一样的地方，所需投入的技术支持力度也会不同，但是又有谁会不容许你把它当做单纯的Buck-Boost来使用呢？

很多设计师会采用RT2875这样的器件为车载电子系统提供5V的输出，一个方面是系统本身就需要使用到这个电压，还有一个目的是为第二级DC/DC转换器或低压差线性稳压器供电，再由它们来为CPU内核之类的低压电路提供电源。

这样的二级设计具有多方面的好处，首先是二级DC/DC不用承接高电压冲击，这对降低成本带来巨大的好处；其次是DC/DC不必用到太低的占空比，这对保持足够的稳定性具有很大的好处，可以让每一级电路都工作在最佳状态；第三，可以提高效率，每一级电路的效率都可以做到最佳化，远比单次转换的效果来得好。不好的地方可能就是元件数量增加了，但是由于两级转换对每个元件的要求都降低了，这种扁平化了的结构带来的好处还是要更多一些，这在负载电流特别大时表现尤为显著。

RT2101是一款很典型的车用二级Buck转换器，可以承接的输入电压范围是2.95V-6V，负载能力为3A，用它承接RT2875的输出之后再为CPU供电是很好的选择。

之所以说RT2875、RT2101是车用级的Buck转换器，这里面有一个隐含的意义是它们都通过了车用电子器件的品质认证。对于立锜出品的车用电子器件而言，通常意味着它们被车用电子设备采用并被安装到车辆上再被交付给最终用户时，其失效率应低于1PPM（百万分之一），即使经过15年的使用以后，其失效率也要低于5PPM。我们的公众号曾经发过一篇介绍车规器件到底是怎么回事的文章，有兴趣的读者不妨从历史消息中去查看一下，希望它能对你有所帮助。需要特别提及的是，车规对电子主动元件的考核是分级的，RT2875和RT2101所通过的都是AEC-Q100 Grade 2级的认证，这意味着它们合适的工作环境温度范围都是-40℃~+105℃，你在使用它们的时候只要不超出此温度范围，并且其他条件也都在器件的容许范围内，其可靠性就能得到保障，如果出现了问题，找到立锜就能得到适当的服务，当能确切地证明是立锜产品的品质问题时，立锜是要承担责任的，而你在得到这一承诺的时候并不需要和立锜签订特别的责任书，规格书就是立锜和你之间所签订的协议。

再回到咱们开始时的话题，RT2875和RT2101是如何解决与收音机之间的电磁兼容性问题的呢？其实答案早已有了，因为它们都支持高达2.1MHz的工作频率，这已超出中波广播的频段许多，又远远低于调频广播的87MHz-108MHz频段，所以在车载设备上使用是不会有由于工作频率而带来的干扰问题的。假如你要把它们用于使用短波频段广播的环境中，由于短波频段位于3.5MHz-29.7MHz，也是处于远离的状态，所以也是可行的，不过这时候需要考虑到谐波频率对广播频段的干扰问题，我们可以将DC/DC的工作频率降到比较低的地方来使用它们，实际上，这两款器件的工作频率都可以被调低到几百kHz。

当我们在对DC/DC转换器的工作频率进行选择或是调节的时候，需要考虑到不同的工作频率对外围元件参数的影响问题，只有针对最低和最高工作频率都进行了计算，找出能够符合所有工作状态的需求的参数以后所确定下来的器件才是最佳的选择，千万不能顾了这头就忘了那头，到最后发现有问题了再去修改设计、更换器件，这样的损失就大了。

当你需要考虑多种状况下的元件选择问题时，使用Richtek DesignerTM 来为你的设计提供服务是一个比较好的选择。Richtek DesignerTM 是立锜为用户提供的免费在线设计、仿真工具，只要登录立锜官网www.richtek.com即可使用，它可以根据你所提供的工作条件自动生成电路，电路的工作过程及其性能则可通过仿真来看到，无论是启动过程、稳定运行下的状况以及面对负载变化时的瞬态响应特性都可以被模拟计算出来，对于连续工作模式下的交流特性也可进行分析。如果你还需要知道电路或IC工作过程中的损耗状况，Richtek DesignerTM 所提供的效率、损耗分析就可以帮到你。当你改变了元件参数或是工作条件的时候，只需重新进行一下模拟即可知道全新的结果是怎样的，可以大大节约实物验证过程所需的时间和其他各种消耗，是名符其实的省钱、省事工具。

使用Richtek DesignerTM 有一个前提条件，那就是要建立所用器件的电路模型，这项工作难度大、花费多，但都是由立锜自己来完成的，你并不需要在此方面做任何工作。目前，Richtek DesignerTM 所包含的模型已经超过150个，都是用户最常用到的器件，上文提及的RT2875和RT2101均已包含在其中，你可以放心使用。

符合车辆使用规格的器件，由于多种品质保证措施的实施，它们的成本通常会比较高，而许多商用或是消费类产品并不需要那么高的可靠性，这时候可以选用与这些器件类似的商业级产品。RT8079是与RT2101类似的商业级产品，Richtek DesignerTM 也同样支持对它们的应用电路进行仿真模拟。