TI的新型LM53635-Q1穩(wěn)壓器不僅僅是一個轉換器，它還是采用對惡劣環(huán)境敏感的先進處理器和傳感器將變速箱、引擎和制動等汽車電動機械系統(tǒng)嘈雜、惡劣環(huán)境與高度復雜的電子控制單元（ECU）連接起來的電源調(diào)節(jié)電路。前端電源還需要管理雙電池和負載突降等故障和用戶情況。本文將說明在設計汽車電源時需考慮哪些問題，以及為了更好地管理挑戰(zhàn)需要為設計添加哪些功能。本文還將介紹TI的新產(chǎn)品36V、2.1MHz同步降壓穩(wěn)壓器。

 

一輛現(xiàn)代汽車上有許多節(jié)約燃油的功能；其中一項功能就是啟停操作。當汽車排隊等候或者等紅綠燈時，汽車停下會激活啟停功能，關閉發(fā)動機以節(jié)約燃油。另一種稱為冷啟動的情況會對系統(tǒng)造成相似的電子負載。發(fā)動機的啟動會對系統(tǒng)產(chǎn)生很大的負載，引起電池電壓的下降。

 

在啟?；蚶鋯拥那闆r下，電壓會突然大幅下降，使降壓轉換器失去作用。在一些情況下，或許要在電路中使用升壓轉換器來支持系統(tǒng)。如果設計的電源支持電壓突然降低，就可以節(jié)省升壓的支出，以及與增加的元件相關的成本、空間和功耗。

 

接近100%的占空比、非工作時間非常短和低導通電阻高端場效應晶體管(FET)電阻的組合使得LM53635-Q1（見圖1）能夠在滿負載和全工作溫度范圍條件下支持電壓降至0.6V以下，同時為下游電源保持穩(wěn)壓功能，而不增加設計的復雜程度。

 

圖1：LM53635-Q1電壓降

 

由于汽車中使用的線束日益復雜、系統(tǒng)中的ECU節(jié)點數(shù)量不斷增加等原因，提供低電磁干擾（EMI）的電源變得更加重要。每一個線束和ECU都會產(chǎn)生在汽車周圍傳播的噪聲，影響其他應用。考慮到安全應用數(shù)量不斷增加，低電磁干擾功能也備受期待。TI在設計LM53635-Q1時采用了幾項技術來降低電磁干擾。

 

一項技術是根據(jù)LM53635-Q1調(diào)節(jié)和過濾使用的被動元件的最佳位置進行設計封裝布局。如圖2所示，使用的引腳使得高頻輸入電容（在開關節(jié)點兩側接地）呈對稱分布，GND與開關之間產(chǎn)生的電感降低，從而去除噪聲。

 

圖2：高頻CIN電容位置

 

另外，以特定的方式進行封裝，能夠去除封裝內(nèi)部的寄生回路電感和電容，降低開關節(jié)點振鈴噪聲，開關節(jié)點振鈴是產(chǎn)生噪聲的主要原因（見圖3）。如果能在源頭上降低噪聲，則無需解決增加元件引起的問題。

 

圖3：LM53635-Q1的開關節(jié)點

 

降低系統(tǒng)噪聲的另一項技術是展頻，展頻能夠調(diào)節(jié)中心開關頻率（此案例中為2.1MHz），抑制諧波和子諧波。展頻，正如其名稱所示，對降低整體噪峰非常有效，但不會影響噪底。但是，因為展頻能夠處理高頻諧波，有助于滿足通常非常嚴格的原始設備制造商（OEM）的電磁干擾標準，使印刷電路板設計更簡單，降低濾波元件的尺寸和成本。

 

圖4為30MHz至108MHz頻帶的LM53635-Q1，左圖為展頻關閉，右圖為展頻開啟。

 

為滿足CISPR25第5類限制（最嚴格的規(guī)范）而消除300MHz至108MHz電磁干擾

 

圖4：使用展頻抑制高頻諧波

 

需要克服的主要挑戰(zhàn)之一是因空間限制和周圍環(huán)境造成的發(fā)熱問題。今天許多汽車設計常常集成到用于機械功能的已有的外形和尺寸當中，或僅僅集成到汽車設計的空閑空間中。后視鏡就是一個很好的例子。在過去，后視鏡是手動操作的簡單設備，但現(xiàn)在卻集成了越來越多的電子器件，實現(xiàn)照相機等新功能?？紤]到太陽照射熱和后視鏡的外殼材料（通常是塑料），印刷電路板上電子器件的溫度能達到105℃。電源要小到能夠管理集成的電子器件，同時還需要具備很高的效率，不會引起自身發(fā)熱。TI設計的LM53635-Q1效率高，能夠降低損耗，并以2.1MHz頻率工作，讓電源所需其他元件的尺寸盡可能小，從而管理熱量和尺寸問題。參見圖5。

 

圖5：LM53635-Q1以2.1MHz工作時的效率

 

保持質(zhì)量對于汽車設計至關重要，在設計安全相關系統(tǒng)時尤其如此?？珊感酝强煽啃缘膯栴}之一。為了提高焊縫質(zhì)量，可以使用多項技術；其中一項技術為可潤濕側翼。參見圖6。可潤濕側翼是在封裝邊沿切割出空腔的工藝，使得引腳側能夠進行更多可視潤濕，便于光學檢測。該技術非常有用，因為無需對封裝進行X射線檢測即可確保焊接充分，同時保障了焊縫的完整性。

 

圖6：LM53635-Q1使用的可潤濕側翼工藝

 

正如本博文前面強調(diào)的，在設計汽車電源時還需要考慮很多問題，需要考慮為設計增加哪些功能使所面臨的挑戰(zhàn)更易于管理。只有理解這些問題后，才能實現(xiàn)更快速的設計、更小的解決方案和更低的成本。觀看視頻，了解如何使用TI的LM53635-Q1來解決汽車電磁干擾、發(fā)熱和系統(tǒng)挑戰(zhàn)。

 

其他信息：

 

●    獲得更多關于TI 2.1 MHz汽車轉換器家族的信息。

●    在你的下一個設計中考慮使用LM53635-Q1。

●    下載《汽車信息娛樂電源系統(tǒng)參考設計》了解汽車信息娛樂系統(tǒng)的完全關閉電池前端電源。

●    閱讀博文“汽車應用可潤濕側翼QFN封裝”獲得關于可潤濕側翼封裝的更多信息。

 

 

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