在汽车电子系统中如何选择多通道同步降压转换器？

一种潜在的电源管理 IC 解决方案是降低内部 MOSFET 开关边沿的变化速度。然而，这种方法产生了不想要的影响，即降低了效率，延长了最短接通时间，损害了 IC 以等于或高于 2MHz 开关频率提供低占空比的能力。由于人们希望同时实现高效率和较小的解决方案占板面积，所以这不是一种可行的解决方案。幸运的是，一些不久前推出的电源 IC 设计同时实现了快速开关频率、高效率工作和较短的最短接通时间。这些设计可以提供低 EMI 辐射，甚至具 2MHz 开关频率和效率超过 90%。这些 IC 设计也无需使用额外的组件或屏蔽，就可实现如此高的性能水平，因此成为开关稳压器设计领域的重大突破。

一种新的 IC 选择

凌力尔特的 LT8602 是一款 42V 输入、高效率、4 输出单片同步降压型开关稳压器。其 3V 至 42V 输入电压范围使该器件非常适合汽车应用，这些应用必须稳定地通过最低输入电压低至 3V 的冷车发动和停-启情况以及超过 40V 的抛载瞬态。正如我们在图 1 中所能看到的那样，其 4 通道设计提供 4 个独立输出，高压 2.5A 和 1.5A 通道以及两个较低电压的 1.8A 通道，可提供低至 0.8V 的电压，从而使该器件能够驱动现有之电压最低的微处理器内核。其同步整流拓扑具备高达 94% 的效率，而突发模式 (Burst Mode®) 工作在无负载备用情况下保持静态电流低于 30µA (所有通道均接通)，从而使该器件非常适合始终保持接通的系统。

图 1：LT8602 原理图，提供 5V、3.3V、1.8V 和 1.2V 输出

就噪声敏感型应用而言，LT8602 加上一个小型外部滤波器，就可以运用其脉冲跳跃模式最大限度降低开关噪声，且可满足 CISPR25 Class 5 EMI 要求，如图 2 所示。

图 2：LT8602 EMI 辐射性能 (具 Class 5 峰值限制的 CISPR25 辐射测试)

VerTIcal PolarizaTIon：垂直极化

Amplitude：幅度

Frequency：频率

CISPR25 Class 5 Pk Limit：CISPR25 Class 5 峰值限制
 

LT8602 的开关频率可在 250kHz 至 2MHz 范围内设定，并可在此范围内同步。其 60ns 最短接通时间在 2MHz 开关频率的高压通道实现 16VIN 至 2.0VOUT 降压转换。当高压 VOUT2 通道为两个低压通道 (VOUT3 和 VOUT4) 馈电时，这些低压通道可提供低至 0.8V 输出，同时以 2MHz 切换，从而可提供非常紧凑 (约 25mm x 25mm) 的 4 输出解决方案，如图 3 所示。

图 3：LT8602 四输出解决方案占板面积 (2x实际尺寸)

除了最大限度减小解决方案尺寸，LT8602 的 2MHz 开关频率还使设计师能够避开关键噪声敏感频段 (例如 AM 无线电频段)。LT8602 的每个通道在所有条件下都保持仅为 200mV (在 1A) 最低压差电压，从而使该器件能够在诸如汽车冷车发动等情况下表现出色。每个通道的可编程加电复位和电源良好指示器有助于确保总体系统可靠性。LT8602 的 40 引线耐热性能增强型 6mm x 6mm QFN 封装和高开关频率允许使用很小的外部电感器和电容器，从而可构成占板面积紧凑的高热效率解决方案。

LT8602 采用 4 个内部高效率上管和下管，所有必要的升压二极管、振荡器、控制和逻辑电路都集成到单一芯片中。通道 1 和 3 与通道 2 和 4 以 180 度反相切换，降低了输出纹波。每通道都有一个单独的输入以提高设计灵活性，但是大多数应用会直接用两个高压通道运行两个低压通道，以构成非常简单的高频四输出设计。低纹波突发模式工作模式在低输出电流时保持高效率，同时保持输出纹波低于 15mVPK-PK。独特的设计方法和新的高速工艺使得在很宽的输入电压范围内实现了高效率，而且 LT8602 的电流模式拓扑实现了快速瞬态响应和卓越的环路稳定性。其他特点包括内部补偿、电源良好标记、输出软启动 / 跟踪以及短路和过热保护。

结论

汽车中电子系统的数量和复杂性都在迅速增加，因此必须对电源管理 IC 性能提出更高的要求。通过使用 4 输出电源 IC，汽车设计师可以极大地减小电源转换电路所需空间。由于开关频率为 2MHz，所以外部组件的尺寸 (即电感器和输出电容器的尺寸) 也可以极大地减小，从而可构成占板面积非常紧凑的 4 轨解决方案。这类紧凑型设计也非常坚固，能承受在停-启、冷车发动和抛载时产生的瞬态情况，同时准确调节所有输出。此外，超低静态电流使这些设计非常适合始终保持接通系统。随着更多的电子系统添加到日益缩小的空间中，最大限度减小解决方案占板面积同时尽量提高效率变得至关重要。幸运的是，满足这些要求的新一代多输出电源 IC 已经上市，从而为将来在汽车中增