汽车设计需要低 EMI 同步降压型转换器

是任何电子系统长期可靠性的敌人，所以必须有效管理热量，这一般需要用散热器实现冷却，从而增大了整体解决方案的复杂性、尺寸和成本。其次，在混合动力或电动汽车中，浪费的任何电能都将直接减少其行驶里程。直到最近，高压单片电源管理 IC 和高效率同步整流设计还是相互排斥的，因为所需要的 IC 工艺不能同时支持这两种要求。过去，最高效率的解决方案是高压控制器，这类控制器采用外部 MOSFET 实现同步整流。然而，与单片解决方案相比，对低于 25W 的应用而言，这样的配置相对复杂和笨重。幸运的是，现在市场上已经出现了可通过内部同步整流同时提供高压和高效率的新型电源管理 IC。

更小的电源转换电路

有几种方式可减小电源转换电路。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降低了功耗，消除了对散热器的需求。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 10 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 在备用模式提供低于 2.5µA 静态电流。

新型解决方案

直到现在，仍然没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^® 稳压器使得这么做成为可能。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。下图中 LT8640 以 2MHz 频率切换，负载电流为 4A，无需外部 EMI 屏蔽。

图 3：有 / 没有扩展频谱时 LT8640 的EMI 辐射性能 (f_SW=2MHz，I_LOAD=4A)

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这么高的效率。

图 4：LT8640 典型汽车应用原理图，提供 5V 输出

图 5：图 4 电路中的 LT8640 在 1MHz、2MHz 和 3MHz 时的效率曲线

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