若何优化与立异交通运输系统的电源解决筹划？_电压_稳压器

交通运输系统的输入电压可能高达 14V (单电池供电汽车)、28V (双电池供电卡车、客车和飞机)、或更高电压，而其数字系统须要一个或更多个低压轨。
因此，设计这类系统时，须要理解若何才能简便、高效和可靠地从很高的输入电压降压。
以下图 1 显示，汽车环境中的输入电压可能视其运行状态的改变而改变，而其运行状态可能包括负载突降变革到冷车发动的各种情形，乃至涌现电池反向连接。

图 1：范例的汽车瞬态情形

当运用哀求以非常高的效率进行电源转换，以最大限度减少转换过程中由功率损耗导致的热量时，采取开关稳压器办理方案是有帮助的。
开关稳压器实质上是单片器件，片内集成了 MOSFET，采取了同步或非同步配置。
或者，开关稳压器也可以由一个开关掌握器组成，该掌握器驱动采取单级或多级拓扑 (多相) 的外部 MOSFET，以供应数十安培至数百安培级的功率。
为了知足如此大的功率范围哀求，ADI公司供应了广泛的开关稳压器办理方案，以利用户能够按照终极系统所需的特定设计标准，选择最适用的器件。
相应地，我们的开关稳压器有非常宽的输入电压范围 (从 5V 直至 150V)，输出功率级从数百毫安直至高于 1,000A。

这种开关稳压器的一个例子是 LTC3895，该器件是一个具有 150V 输入的同步降压型转换器，可配置为多相运行，如图 2 所示。

图 2：LTC3895 事理图以及效率随功率损耗变革的曲线

在任何交通运输系统中都有一个常见问题：若何才能在不影响性能和转换效率的条件下，得到高降压比和占板面积紧凑的办理方案? 直到不久前，依然没有一款办理方案能够在不捐躯其他性能的情形下达到所有关键性能标准。
不过，随着ADI公司单片、2MHz 以上、同步降压型转换器 LT86xx 系列的推出，所有必要的性能标准都可以立即得到知足了。

一个很好的例子是 LT8609，这是一款 2A、42V 输入同步降压型开关稳压器。
独特的同步整流拓扑供应 93% 的效率，而以 2MHz 频率切换使设计师能够避开关键噪声敏感频段，例如 AM 无线电，同时可供应占板面积非常紧凑的办理方案。
突发模式 (Burst Mode) 运行在无负载备用情形下保持静态电流低于 2.5μA，从而使该器件非常适宜始终保持接通的系统。
LT8609 的 3.0V 至 42V 输入电压范围使其非常适宜汽车运用，这类运用必须以低至 3.0V 的最低输入电压稳定通过冷车发动和停-启情形，并稳定通过超过 40V 的负载瞬态。
其内部 3.5A 开关可在峰值负载电流为 3A 时，供应高达 2A 的连续输出电流。
事理图和相应于 2MHz 切换频率的效率曲线如图 3 所示。

图 3：LT8609 事理图和效率曲线

由于在单电池或双电池供电车辆中，冷车发动和负载突降情形很常见，以是很多交通运输系统都供应很宽的输入电压范围。
而且使情形更加繁芜的是，所需输出电压有可能超出这种已经很宽的输入电压范围。
因此，系统设计师面临的繁芜问题是，无论输入电压是高于、低于还是即是输出电压，所设计的办理方案都必须许可固定输出。

办理这种问题的常见方法是采取 SEPIC 拓扑转换器。
不过这种转换器的设计很繁芜，须要两个电感器，而且常日空间利用率和转换效率都不高。
因此，ADI公司设计了广泛的 4 开关降压-升压型掌握器，这些掌握器不仅简化了设计，还供应很高的空间利用率和转换效率，功率损耗在 5% 至 7% 之间 (视输入至输出电压范围而定)。
图 4 所示 LT8705 是一个 4V 至 80V 输入的降压-升压型掌握器例子，该器件供应车辆环境中常见的一个固定 12V 输出。

图 4：详细的 LT8705 事理图，从 4V 至 80V 输入供应固定 12V 输出

办理汽车冷车发动问题的另一种方法是，采取升压型转换器，后面再跟一个降压型转换器。
在这种拓扑中，从单电池供应的升压型转换器之输出设定为比电池的标称电压赶过几伏，然后再用一个降压型转换器对其降压，使其达到下贱电子组件所需的事情电压。
只管这种方法须要两个转换器，但是ADI公司已经开拓出一款整合了升压型掌握器和降压型掌握器的器件，两个掌握器既可独立利用，又可作为升压-降压跟随器利用。
图 5 中用LTC7813 解释这种器件的事情事理。

图 5：LTC7813 事理图 ~~ 一个级联的升压及降压型单输出掌握器 IC

低噪声电源管理

电磁辐射 (EMR)、电磁滋扰 (EMI) 和电磁兼容 (EMC) 这些术语与带电粒子及有关磁场的能量有关，这种能量有可能影响电路性能和滋扰旗子暗记传输。
随着无线通信的遍及、大量通信设备的呈现以及通信方法日益增多、占用越来越多的频谱 (有些频段是相互重叠的)，电磁滋扰已经成为挥之不去的事实。
为了减轻电磁滋扰的影响，很多政府机构和监管机构都设定了通信设备及仪器仪表的电磁辐射限度。

因此，很显然的是，低辐射是很多汽车和交通运输设备制造商的关键哀求。
系统设计师若何才能知足汽车 CISPR 25、Class 5 (图 6 所示) 的严格哀求，同时仍旧保持高效率和很小的办理方案尺寸呢?

图 6a：LT8614 的辐射值远低于 CISPR25、Class 5 限定

图 6b：采取 Silent Switcher 拓扑的 LT8614

一种答案大概是采取ADI的 Silent Switcher系列器件。
以 LT8614 为例，这是一款42V 输入、4A 输出、单片降压型转换器，以高于 2MHz 的开关频率和 94% 的转换效率切换，由于其很短的 30ns 最短接通韶光，因此可知足 16V 输入至 1.8V 输出降压比。
此外，由于采取了已获专利的 Silent Switcher 技能，以是该器件可超越 CISPR 25 和 CISPR 22 Class B辐射哀求，如图 7 所示。

图 7：LT8614 知足 CISPR 22 和 CISPR 25 哀求

低静态电流也是关键哀求

在交通运输电子系统中，有很多运用哀求连续供电，乃至在车辆已经停泊后，例如遥控无钥匙进入、安防乃至个人信息娱乐系统，这类运用常日还包括导航、GPS 定位和紧急呼叫系统。
大概难以理解，为什么这些系统乃至在车辆未行使时也必须保持接通，不过可以理解的是，为了应对紧急情形和担保安全，GPS 系统必须“始终保持接通”。
这种哀求很有必要，以便在须要时通过外部操作利用基本掌握功能。

这类运用的一个关键哀求是低静态电流，以延长电池寿命。
自 2010 年以来，ADI一贯在生产备用静态电流低于 10A 的开关稳压器，我们最近推出的一些较新产品的备用静态电流已经低于 2A 了。
因此，这些产品已经为运用于很多汽车电子系统做好了充分准备。

结论

ADI公司供应了丰富的开关稳压器产品，这些产品知足对开关稳压器的所有哀求，而且这些产品的特性非常适宜多种交通运输系统，其特性包括：

•很宽的输入电压范围：2.xV 至 150V

•在备用模式具低静态电流：范例情形下低于 10μA

•最低限度的输出噪声和很低的 EMI / EMC 辐射

•扩展的温度范围：在 150C 环境温度和结温时担保运行

•高效率：满负载时高达 97%，轻负载情形下高达 80%

•低热阻封装：低至 10℃/W (θjc)

•以高降压比、高开关频率运行：高达 4MHz

•高电流密度：采取 3mm x 5mm MSOP 封装，供应高达 5A 连续输出电流

•行业领先的 FIT 率：范例情形下低于 0.2