電源芯片在汽車市場(chǎng)的發(fā)展及應(yīng)用

　　1. 電源產(chǎn)品在汽車市場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)是怎樣的?

　　答：汽車市場(chǎng)是凌力爾特著重關(guān)注的一個(gè)終端市場(chǎng)。在上一個(gè)財(cái)政年度里，該市場(chǎng)的銷售額在公司總銷售額中所占的比重增長到了 20%，持續(xù)領(lǐng)跑于公司的整體增長水平。在汽車行業(yè)中，大量的創(chuàng)新與差異化都來源于汽車電子產(chǎn)品。人們對(duì)于改善安全性、燃油效率和駕乘舒適性的需求帶來了重大的發(fā)展機(jī)遇?；旌蟿?dòng)力汽車及全電動(dòng)汽車的激增將穩(wěn)步地拉動(dòng)創(chuàng)新型模擬產(chǎn)品的需求。除了車載電子產(chǎn)品的增多之外，預(yù)計(jì)全球主要的汽車市場(chǎng)也將呈現(xiàn)穩(wěn)中見長之勢(shì)。

　　汽車電子系統(tǒng)中的許多應(yīng)用電路都需要連續(xù)供電，即使在汽車停泊時(shí)也不例外，比如：遙控?zé)o鑰匙進(jìn)入、安全、甚至個(gè)人信息娛樂系統(tǒng)，常常包括導(dǎo)航、GPS 定位和緊急呼叫 (e-call) 功能?；蛟S人們很難理解為什么這些系統(tǒng)即使在汽車停駛時(shí)仍然必須保持接通狀態(tài)，但是，出于應(yīng)急和安全的考慮，此類系統(tǒng)的 GPS 關(guān)聯(lián)電路的確必須 “始終保持接通”。這項(xiàng)要求并非可有可無，有了它就可以在需要的情況下通過外部操作實(shí)現(xiàn)基本的控制。此類應(yīng)用的一項(xiàng)關(guān)鍵要求是低靜態(tài)電流，旨在延長電池的使用壽命。凌力爾特一直在生產(chǎn)待機(jī)靜態(tài)電流小于 5μA 的開關(guān)穩(wěn)壓器。因此，這些產(chǎn)品可以很好地被中國的汽車電子制造商所接納。

　　凌力爾特公司電源產(chǎn)品部產(chǎn)品市場(chǎng)總監(jiān)Tony Armstrong

　　在大多數(shù)汽車環(huán)境中，開關(guān)穩(wěn)壓器經(jīng)常在那些重視低散熱量和高效率的地方取代線性穩(wěn)壓器。而且，開關(guān)穩(wěn)壓器通常是輸入電源總線線路上的首個(gè)有源組件，因而對(duì)整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的 EMI 性能具有重大的影響。濾波器常常用于通過衰減某特定頻率或一個(gè)頻率范圍內(nèi)的強(qiáng)度以降低 EMI。穿越空間傳播 (輻射) 的部分能量可通過增設(shè)金屬和磁屏蔽來衰減。而依靠 PCB 走線進(jìn)行傳播 (傳導(dǎo)) 的那部分能量則通過增設(shè)鐵氧體磁珠和其他濾波器來抑制。EMI 無法徹底消除，但能衰減至可被其他通信、信號(hào)處理和數(shù)字組件接受的水平。

　　不管每年的汽車銷售量有多少，汽車中的電子產(chǎn)品使用量都將持續(xù)增加?；旌蟿?dòng)力汽車和全電動(dòng)汽車的宣傳造勢(shì)將進(jìn)一步推動(dòng)該市場(chǎng)的成長。隨著電池越來越多地用作電源，人們同樣需要最大限度地延長其有效使用壽命。電池電量失衡 (電池組中個(gè)別電池單元的電荷狀態(tài)失配) 是大型鋰電池組所存在的一個(gè)問題，其產(chǎn)生根源在于制造工藝、工作條件及電池老化方面的偏差。這種電量失衡會(huì)導(dǎo)致電池組總?cè)萘康南陆担⒂锌赡軗p壞電池組。電量失衡將導(dǎo)致電池?zé)o法進(jìn)行從“充電狀態(tài)”到“放電狀態(tài)”的跟蹤，而假如不能進(jìn)行嚴(yán)密的電量監(jiān)視，就會(huì)造成電池過度充電或過度放電，從而將永久性地?fù)p壞電池。

　　混合動(dòng)力汽車與電動(dòng)汽車電池組中使用的電池由電池制造商根據(jù)容量和內(nèi)阻進(jìn)行分選，以減小裝運(yùn)至客戶的某一給定批次中各個(gè)電池之間的偏差。然后，利用經(jīng)過仔細(xì)挑選的電池來制作汽車電池組，以改善電池組中各電池單元之間的總體電量匹配水平。從理論上講，這種做法應(yīng)能避免在電池組中形成大的電量失衡，但盡管如此，業(yè)界的共識(shí)是：當(dāng)制作大型電池組時(shí)，仍然需要進(jìn)行電池電量測(cè)量和電池電量平衡以保持高電池容量，從而獲得長久的電池組使用壽命。正是在這一應(yīng)用領(lǐng)域，凌力爾特的新型電池管理系統(tǒng) (BMS) 產(chǎn)品系列受到了用戶的極大歡迎，這在目前已投產(chǎn)和路上行駛的轎車和公共汽車中使用，并且是為數(shù)極少的 BMS 產(chǎn)品之一。

　　2. 依貴公司看，這個(gè)細(xì)分領(lǐng)域中，電源/電源芯片的應(yīng)用與創(chuàng)新是什么?

　　答：由于汽車市場(chǎng)對(duì)于凌力爾特來說是一個(gè)重要的市場(chǎng)，因此我們專門調(diào)配了大量的設(shè)計(jì)資源，以著重開發(fā)那些可解決上述問題的產(chǎn)品。

　　例如，針對(duì) EMI 問題的被證明行之有效的方法是為整個(gè)電路使用一個(gè)屏蔽盒，盡管那樣，屏蔽措施也并不能阻止至屏蔽盒內(nèi)部之敏感電路的耦合。當(dāng)然，這增高了成本、增加了所需的電路板空間、使得熱管理和測(cè)試更加困難，并引入了額外的組裝費(fèi)用。另一種常用的方法是減緩開關(guān)邊緣速率。這種做法具有降低效率、增加最小導(dǎo)通 / 關(guān)斷時(shí)間及其關(guān)聯(lián)的死區(qū)時(shí)間、以及犧牲潛在電流控制環(huán)路速度等不良影響。

　　幾年前，凌力爾特推出了我們的 LT8614 Silent Switcher® 穩(wěn)壓器，其在未使用屏蔽盒的情況下提供了屏蔽盒的預(yù)期作用，同時(shí)還消除了上述的許多缺陷。然而，在某些噪聲應(yīng)用中，電源設(shè)計(jì)師就是不喜歡使用基于電感器的穩(wěn)壓器，原因是存在與其相關(guān)聯(lián)的 EMI 輻射。與此同時(shí)，線性穩(wěn)壓器 (亦稱 LDO) 的使用也可能由于其轉(zhuǎn)換效率相對(duì)較低和需要采取散熱措施而被排除在外。因此，他們會(huì)轉(zhuǎn)向一種常用的替代方案，即充電泵。于是，我們推出了 LTC3245 和 LTC3260，以為設(shè)計(jì)師提供另一種介于上述兩種方法之間的實(shí)用型替代解決方案。

　　3. 貴公司的芯片或解決方案的優(yōu)勢(shì)是什么，有哪些創(chuàng)新性的解決方案?

　　答：LTC3245 是一款降壓-升壓型穩(wěn)壓器，其免除了傳統(tǒng)的電感器并使用了一個(gè)開關(guān)電容器充電泵作為替代。其輸入電壓范圍為 2.7V 至 38V，而且它能夠在未使用一個(gè)反饋分壓器的情況下用于產(chǎn)生兩個(gè)固定輸出電壓 (3.3V 或 5V) 之一，或通過一個(gè)反饋分壓器以設(shè)置從 2.5V 至 5.5V 的任何輸出電壓。最大輸出電流為 250mA。LTC3245 能調(diào)節(jié)一個(gè)高于或低于輸入電壓的電壓，從而使其可滿足汽車的冷車發(fā)動(dòng)要求。它的完整原理圖請(qǐng)見圖 1。

　　圖 1：采用一個(gè) 2.7V 至 38V 輸入提供一個(gè)固定 5V輸出的 LTC3245 原理圖

　　該充電泵在采用一個(gè) 12V 電源提供 5V/100mA 輸出時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn) 80% 的效率，幾乎比線性穩(wěn)壓器高出兩倍，從而可避免采用散熱器之 LDO 的空間和成本要求。與 LDO 相比，它在滿負(fù)載條件下所產(chǎn)生的功率損耗幾乎低了三倍。LTC3245 的效率和功率損耗曲線見圖 2。

　　圖 2：LTC3245 采用 12V 輸入產(chǎn)生 5V 輸出時(shí)的效率 / 功率損耗曲線

　　另外，LTC3245 還擁有卓越的輻射和傳導(dǎo) EMI 性能，如圖 3a 和 3b 所示。這些測(cè)量是按照 CISPR22 和 CISPR25 標(biāo)準(zhǔn)在一個(gè)微室中進(jìn)行的。由圖可見，在正確去耦的情況下，LTC3245 在力圖滿足針對(duì)輻射發(fā)射和傳導(dǎo)發(fā)射的政府監(jiān)管條例時(shí)不會(huì)產(chǎn)生任何問題。

　　圖 3：LTC3245 的輻射 (a) 和傳導(dǎo) (b) 發(fā)射

　　在許多工業(yè)、醫(yī)療和汽車應(yīng)用中，諸如運(yùn)算放大器、驅(qū)動(dòng)器或傳感器等電子組件的運(yùn)作通常需要雙極性電源。然而，在負(fù)載點(diǎn)卻很少有一個(gè)可用的雙極性電源。正是由于存在此需求，而且缺少一種簡單易用的解決方案，因此凌力爾特開發(fā)了 LTC3260。

　　LTC3260 是一款具有兩個(gè)低噪聲 LDO 穩(wěn)壓器跟隨器的負(fù)輸出充電泵 DC/DC轉(zhuǎn)換器，可利用單個(gè) 4.5V至 32V 輸入電源產(chǎn)生正和負(fù)電源，如圖 4 中的完整原理圖所示。該器件能夠在高效率的突發(fā)模式 (Burst Mode®) 操作與低噪聲的恒定電流頻率模式之間切換，從而使設(shè)計(jì)師能夠針對(duì)應(yīng)用的具體情況做出最佳的折衷。

　　LTC3260 可利用反相輸入電壓在其充電泵輸出端 (VOUT) 上提供高達(dá) 100mA 的電流。另外，該 VOUT 還充當(dāng)一個(gè)負(fù) LDO 穩(wěn)壓器 (LDO-) 的輸入電源。充電泵頻率可由單個(gè)電阻器在 50kHz 至 500kHz 的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。LTC3260 的每個(gè) LDO 能支持高達(dá) 50mA 的負(fù)載。而且，每個(gè) LDO 具有 300mV 的壓差電壓 (在 50mA)，一個(gè)輸出電阻分壓器網(wǎng)絡(luò)可設(shè)定輸出電壓。當(dāng)兩個(gè)穩(wěn)壓器均被停用時(shí)，停機(jī)靜態(tài)電流僅為 2μA。

　　圖 4：一個(gè) 12V 輸入電源至 ±5V 輸出