電源芯片在汽車市場的發(fā)展及應用

　　1. 電源產品在汽車市場的發(fā)展趨勢是怎樣的?

　　答：汽車市場是凌力爾特著重關注的一個終端市場。在上一個財政年度里，該市場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品。人們對于改善安全性、燃油效率和駕乘舒適性的需求帶來了重大的發(fā)展機遇?；旌蟿恿ζ嚰叭妱悠嚨募ぴ鰧⒎€(wěn)步地拉動創(chuàng)新型模擬產品的需求。除了車載電子產品的增多之外，預計全球主要的汽車市場也將呈現穩(wěn)中見長之勢。

　　汽車電子系統(tǒng)中的許多應用電路都需要連續(xù)供電，即使在汽車停泊時也不例外，比如：遙控無鑰匙進入、安全、甚至個人信息娛樂系統(tǒng)，常常包括導航、GPS 定位和緊急呼叫 (e-call) 功能。或許人們很難理解為什么這些系統(tǒng)即使在汽車停駛時仍然必須保持接通狀態(tài)，但是，出于應急和安全的考慮，此類系統(tǒng)的 GPS 關聯電路的確必須 “始終保持接通”。這項要求并非可有可無，有了它就可以在需要的情況下通過外部操作實現基本的控制。此類應用的一項關鍵要求是低靜態(tài)電流，旨在延長電池的使用壽命。凌力爾特一直在生產待機靜態(tài)電流小于 5μA 的開關穩(wěn)壓器。因此，這些產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品部產品市場總監(jiān)Tony Armstrong

　　在大多數汽車環(huán)境中，開關穩(wěn)壓器經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，開關穩(wěn)壓器通常是輸入電源總線線路上的首個有源組件，因而對整個產品設計的 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頻率范圍內的強度以降低 EMI。穿越空間傳播 (輻射) 的部分能量可通過增設金屬和磁屏蔽來衰減。而依靠 PCB 走線進行傳播 (傳導) 的那部分能量則通過增設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、信號處理和數字組件接受的水平。

　　不管每年的汽車銷售量有多少，汽車中的電子產品使用量都將持續(xù)增加?；旌蟿恿ζ嚭腿妱悠嚨男麄髟靹輰⑦M一步推動該市場的成長。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問題，其產生根源在于制造工藝、工作條件及電池老化方面的偏差。這種電量失衡會導致電池組總容量的下降，并有可能損壞電池組。電量失衡將導致電池無法進行從“充電狀態(tài)”到“放電狀態(tài)”的跟蹤，而假如不能進行嚴密的電量監(jiān)視，就會造成電池過度充電或過度放電，從而將永久性地損壞電池。

　　混合動力汽車與電動汽車電池組中使用的電池由電池制造商根據容量和內阻進行分選，以減小裝運至客戶的某一給定批次中各個電池之間的偏差。然后，利用經過仔細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)界的共識是：當制作大型電池組時，仍然需要進行電池電量測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。正是在這一應用領域，凌力爾特的新型電池管理系統(tǒng) (BMS) 產品系列受到了用戶的極大歡迎，這在目前已投產和路上行駛的轎車和公共汽車中使用，并且是為數極少的 BMS 產品之一。

　　2. 依貴公司看，這個細分領域中，電源/電源芯片的應用與創(chuàng)新是什么?

　　答：由于汽車市場對于凌力爾特來說是一個重要的市場，因此我們專門調配了大量的設計資源，以著重開發(fā)那些可解決上述問題的產品。

　　例如，針對 EMI 問題的被證明行之有效的方法是為整個電路使用一個屏蔽盒，盡管那樣，屏蔽措施也并不能阻止至屏蔽盒內部之敏感電路的耦合。當然，這增高了成本、增加了所需的電路板空間、使得熱管理和測試更加困難，并引入了額外的組裝費用。另一種常用的方法是減緩開關邊緣速率。這種做法具有降低效率、增加最小導通 / 關斷時間及其關聯的死區(qū)時間、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期作用，同時還消除了上述的許多缺陷。然而，在某些噪聲應用中，電源設計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聯的 EMI 輻射。與此同時，線性穩(wěn)壓器 (亦稱 LDO) 的使用也可能由于其轉換效率相對較低和需要采取散熱措施而被排除在外。因此，他們會轉向一種常用的替代方案，即充電泵。于是，我們推出了 LTC3245 和 LTC3260，以為設計師提供另一種介于上述兩種方法之間的實用型替代解決方案。

　　3. 貴公司的芯片或解決方案的優(yōu)勢是什么，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開關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反饋分壓器的情況下用于產生兩個固定輸出電壓 (3.3V 或 5V) 之一，或通過一個反饋分壓器以設置從 2.5V 至 5.5V 的任何輸出電壓。最大輸出電流為 250mA。LTC3245 能調節(jié)一個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)動要求。它的完整原理圖請見圖 1。

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

　　該充電泵在采用一個 12V 電源提供 5V/100mA 輸出時能夠實現 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，它在滿負載條件下所產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 輸入產生 5V 輸出時的效率 / 功率損耗曲線

　　另外，LTC3245 還擁有卓越的輻射和傳導 EMI 性能，如圖 3a 和 3b 所示。這些測量是按照 CISPR22 和 CISPR25 標準在一個微室中進行的。由圖可見，在正確去耦的情況下，LTC3245 在力圖滿足針對輻射發(fā)射和傳導發(fā)射的政府監(jiān)管條例時不會產生任何問題。

　　圖 3：LTC3245 的輻射 (a) 和傳導 (b) 發(fā)射

　　在許多工業(yè)、醫(yī)療和汽車應用中，諸如運算放大器、驅動器或傳感器等電子組件的運作通常需要雙極性電源。然而，在負載點卻很少有一個可用的雙極性電源。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 是一款具有兩個低噪聲 LDO 穩(wěn)壓器跟隨器的負輸出充電泵 DC/DC轉換器，可利用單個 4.5V至 32V 輸入電源產生正和負電源，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，從而使設計師能夠針對應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 100mA 的電流。另外，該 VOUT 還充當一個負 LDO 穩(wěn)壓器 (LDO-) 的輸入電源。充電泵頻率可由單個電阻器在 50kHz 至 500kHz 的范圍內調節(jié)。LTC3260 的每個 LDO 能支持高達 50mA 的負載。而且，每個 LDO 具有 300mV 的壓差電壓 (在 50mA)，一個輸出電阻分壓器網絡可設定輸出電壓。當兩個穩(wěn)壓器均被停用時，停機靜態(tài)電流僅為 2μA。

　　圖 4：一個 12V 輸入電源至 ±5V 輸出