汽车系统中的开关稳压器

汽车环境对任何类型的电子产品来说都是非常复杂的,宽工作电压范围、高瞬态电压和大温度偏移都对电子系统提出了非常苛刻的要求。一个典型的导航系统可能需要 6 个或更多不同的电源，包括8.5V、5V、3.3V、2.5V、1.8V 和 1.5V 电源。而且，在器件数量增加的同时，可用空间却在不断缩小。由于空间限制和温度要求，效率就变得更为关键。在低输出电压以及超过几百mA的中等电流水平情况下，简单地使用线性稳压器来产生这些系统电压变得不再实际。在过去几年中，开关稳压器逐步取代了线性稳压器。虽然会带来复杂性和EMI问题，但开关稳压器的高效率和小面积等优点还是使其得到了广泛应用。

考虑到上述制约条件，一个开关稳压器需要具有以下特点：宽输入电压范围；在宽负载范围内提供高效率；在正常工作、待机和关闭时静态电流低热阻;能最大限度地降低噪声和EMI辐射。

因此，一个好的汽车开关稳压器需要能够在 3V~60V 的宽输入电压范围内工作。60V的额定值为14V 系统提供了很好的裕度，14V系统通常箝位在 36V~40V的范围内。在宽负载范围内的高效率电源转换对大多数汽车系统来说也是至关重要的。例如，一个在10mA~1.2A 负载范围内的 5V 输出需要大约 85% 的电源转换效率。在大电流时，内部开关需要良好的饱和度，1A时一般为0.2Ω。为了提高轻负载时的效率，驱动电流要降低或与负载电流成正比。内部控制电路的电源必须通过偏置(Bias)引脚提供，该引脚由输出供电。这利用了降压型转换器的电源转换效率。偏置电流从输出而不是输入获取，可以降低控制电路所需的输入电源电流，降低比例为输出与输入电压比。

汽车系统中有很多应用需要持续供电，即使在汽车停车时也是这样，如遥控车门开启系统。这些应用的关键要求是低静态电流，这可以延长电池使用时间。在汽车应用中，稳压器会以通常的持续开关模式工作，直到输出电流降至低于大约 100mA 为止。电流低于这个水平之后，开关稳压器必须进行脉冲跳跃以保持电压稳定。稳压器在脉冲之间还可以进入休眠模式，在这种模式时，仅对部分内部电路供电。不过，在轻负载电流时，开关稳压器需要自动切换到突发模式工作。

尽管开关稳压器产生的噪声比线性稳压器大，但是开关稳压器的效率高得多。在很多敏感应用中已经证明，只要开关行为可预测，就可以对噪声和EMI水平进行管理。如果一个开关稳压器在正常工作模式时以恒定频率切换，而且开关边缘是干净和可预测的，并没有过冲或高频振铃，那么就能最大限度地减少 EMI。小封装尺寸和高工作频率允许形成小型紧凑的布局，这也最大限度地降低了 EMI 辐射。此外，如果稳压器可采用低ESR的陶瓷电容，就可以最大限度地减小输入和输出电压纹波，这种纹波是系统中的附加噪声源。

在凌特公司不断扩大的 60V 单片降压型开关稳压器系列中，LT1976 是最新的器件,该器件解决了上述汽车应用的很多关键问题。LT1976 拥有3.3V~60V的宽输入电压范围，其典型应用电路如图1所示。

　　　
图 1：用 LT1976 将 3.3V~60V 输入降至 3.3V/1A

此外，LT1976 在负载电流高达 1.2A 时仍具有高效率。在所有电压、负载和温度情况下，基准准确度均为 ±2%。由于其具有突发模式，所以就 12V~3.3V 应用而言，静态电流为 90uA，如图2所示。

　　　
图 2 LT1976 的电源电流与输入电压

LT1976 采用小型扁平 TSSOP 封装，具有很低的热阻，允许小占板面积设计。最后，它采用电流模式拓扑，具有良好的瞬态响应，易于补偿，其获得专利的电路在所有占空比情况下都保持恒定的峰值开关电流。