汽車(chē)信息娛樂(lè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)借助多輸出電源管理 IC 而簡(jiǎn)化

圖 1：LTC3676-1 的簡(jiǎn)化典型應(yīng)用示意圖

面向應(yīng)用處理器的 LTC3676 電源管理解決方案能夠解決上述的汽車(chē)信息娛樂(lè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)難題。LTC3676HUJ PMIC 可提供一種具有 -40°C 至 +150°C 額定結(jié)溫的高溫 (H 級(jí)) 選項(xiàng)，能輕松滿(mǎn)足汽車(chē)的高溫工作要求。該 IC 包括一個(gè)專(zhuān)門(mén)用于結(jié)溫監(jiān)視的熱報(bào)警標(biāo)記和中斷，而且還具有一種硬熱停機(jī)功能，用于在功率耗散失控或發(fā)生嚴(yán)重故障的情況下提供可靠的硬件保護(hù)。

LTC3676 PWM 開(kāi)關(guān)頻率特別修整至 2.25MHz，并具有一個(gè) 1.7MHz 至2.7MHz 的保證范圍。另外，其內(nèi)部穩(wěn)壓器還可被設(shè)定為一種強(qiáng)制連續(xù) PWM 操作模式，以防止在脈沖跳躍或突發(fā)模式中運(yùn)作 (即使在輕負(fù)載時(shí)也不例外)。這不僅保持了頻率的固定，而且還可進(jìn)一步降低 DC-DC 輸出電容器上的電壓紋波。抑制輻射和傳導(dǎo)發(fā)射

由于 LTC3676 內(nèi)置了 4 個(gè)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器，因此它們各有一個(gè)相關(guān)的電抗器件 (電感器) 需要予以關(guān)注。一種可行的解決方案是把 LTC3676 所在的區(qū)域屏蔽起來(lái)以防止 EMI 輻射。除了昂貴和笨重之外，此方法還未能解決由任何有可能連接至電源區(qū)域的導(dǎo)線(xiàn)所造成的污染問(wèn)題。更好的做法是采用輻射源抑制和天線(xiàn)消除。

輻射源抑制有必要采用合理的布局 / 組件選擇 (和內(nèi)部 IC 設(shè)計(jì)) 以避免產(chǎn)生射頻能量。常常必需使用屏蔽式電感器，并將這些電感器布設(shè)在比輸出電容器距離 LTC3676更遠(yuǎn)的地方。這是因?yàn)?AC 電流沿著從 LTC3676 經(jīng)由電感器、輸出電容器到地并返回 LTC3676 的路線(xiàn)循環(huán)流動(dòng)。由此也可以明顯地看到，應(yīng)使用寬闊的走線(xiàn) (最好是區(qū)域填充) 將輸出電容器的地連接至 LTC3676 的地、以及 PVIN 輸入去耦電容器的地。

LTC3676 還提供了幾種用于輻射源抑制的方法。其 DC-DC 轉(zhuǎn)換器特別內(nèi)置了一種 dv/dt 控制功能，此功能用于減慢開(kāi)關(guān)邊緣速率以降低輻射發(fā)射。由于這些降壓穩(wěn)壓器是同步型的，因而上升和下降時(shí)間均處于受控狀態(tài)。選擇了一個(gè)大約 3ns上升 / 下降時(shí)間的緩慢邊緣速率，以在通過(guò)輻射要求的同時(shí)依舊限制開(kāi)關(guān)損耗，這有助于優(yōu)化電源轉(zhuǎn)換器效率。LTC3676 中的全部 4 個(gè)降壓開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器均默認(rèn)至該 3ns 邊緣速率控制模式，不過(guò)也可以通過(guò) I2C 單獨(dú)設(shè)定至較快的 1ns 速率，以在不需要有限邊緣速率和輻射控制的情況下改善效率。

除了開(kāi)關(guān)時(shí)間控制之外，LTC3676 還提供了一些其他的 EMI 抑制手段。降壓穩(wěn)壓器的頻率可在 2.25MHz 至 1.12MHz 的范圍內(nèi)改變。而且，為了最大限度地抑制輸入紋波 (該紋波最終會(huì)通過(guò)電源輸入配線(xiàn)輻射)，降壓穩(wěn)壓器可在兩個(gè)不同的相位時(shí)鐘之間交錯(cuò)運(yùn)作。

此外，LTC3676 還能提供超過(guò) 10W 的可觀(guān)功率。這會(huì)導(dǎo)致相當(dāng)大的循環(huán)電流，因此必須為該電流的循環(huán)提供一條不間斷的通路。特別是接地平面中的縫隙，它會(huì)使大的循環(huán)電流圍繞其而流動(dòng)，從而形成縫隙天線(xiàn)。但是，諸如換層等其他障礙物則會(huì)給 EMI 特征信號(hào)提供一些能量，故應(yīng)盡量減少。理想的情況是，頂層和底層應(yīng)全部 (或大部分) 為接地平面，信號(hào)層則設(shè)在內(nèi)部。這常常是不切實(shí)際的，于是有些設(shè)計(jì)思路自然會(huì)專(zhuān)注于怎樣在布局開(kāi)始之前連接接地平面。例如：把 LTC3676 置于 PCB 上的一角或凸耳 (tab) 就不是好主意。這將使得接地平面的正確布線(xiàn)變得非常困難。然而，先進(jìn)行 LTC3676 的高循環(huán)電流區(qū)域之布線(xiàn)卻是不錯(cuò)的主意，其可確保盡可能優(yōu)化布局。

倘若能以輻射源抑制和天線(xiàn)消除原理為指導(dǎo)思想設(shè)計(jì)并執(zhí)行 EMI 控制，就可以創(chuàng)建一個(gè)具有優(yōu)良 EMI 性能的滿(mǎn)功率系統(tǒng)，而不會(huì)增加產(chǎn)品成本或重量。

其他的重要特點(diǎn)

LTC3676 完全符合 2kV HBM 和 1000V CDM 的汽車(chē) ESD 要求，這是在汽車(chē)組裝過(guò)程中趨近零缺陷的另一項(xiàng)關(guān)鍵性的要求。再者，該 IC 還具有非常低的待機(jī)電流消耗 (通常為 12μA)，這一特性合乎汽車(chē)導(dǎo)航、防盜和安全系統(tǒng)的要求，此類(lèi)系統(tǒng)必須保持對(duì)用于感知時(shí)間的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路的連續(xù)供電，即使當(dāng)引擎不處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)也是如此。

最后，LTC3676 可支持簡(jiǎn)單和有效的電源排序，其可通過(guò)串行通信或引腳搭接 (按照期望的接通順序?qū)㈦娫摧敵鲭妷哼B接至使能引腳) 來(lái)處理。在內(nèi)部對(duì)每個(gè)使能動(dòng)作進(jìn)行了幾 μs 的延遲，以進(jìn)一步錯(cuò)開(kāi)啟動(dòng)序列的時(shí)間。該特性由精準(zhǔn)的低電壓使能門(mén)限提供支持，因此即使在輸出電壓低至 0.43V 的情況下也可以進(jìn)行排序。另外，還對(duì)每個(gè)電源電壓輸出實(shí)施了軟起動(dòng)，以限制浪涌電流并實(shí)現(xiàn)干凈的電壓轉(zhuǎn)換。見(jiàn)圖 2。

此外，LTC3676 還具備可輕松設(shè)置的斷電序列控制功能。該 IC 包括兩個(gè)用于初始化一種斷電序列配置的寄存器，下一個(gè)關(guān)斷事件或過(guò)功率故障情況將遵循該配置。每個(gè)穩(wěn)壓器 (DC-DC 和 LDO) 都可被預(yù)先設(shè)定至用于停機(jī)的 4 個(gè)時(shí)隙之一。每個(gè)穩(wěn)壓器輸出包括一個(gè)內(nèi)部下拉電阻器，在穩(wěn)壓器輸出停用時(shí)連接該電阻以保證受控放電 (如圖 3 所示) 以及下一個(gè)接通序列的低起點(diǎn)。

圖 2：LTC3676 的啟動(dòng)序列