用于汽车信息娱乐系统的一体化电源解决方案

我们的互联和媒体驱动的生活方式是技术推动我们生活方方面面的结果或原因，包括当今高度集成的汽车信息娱乐系统。汽车信息娱乐系统中包含的复杂电子元件组合反映了消费电子产品：高性能微控制器、存储器、接口和驱动器 IC。

电源情况同样复杂，因为每个组件可能需要各种具有广泛功率要求的低压轨。复杂性不仅限于信息娱乐系统。汽车性能、燃油效率和驾驶员便利性功能需要越来越先进的电子系统。电源系统还介于敏感的电子设备和汽车环境中不受欢迎的条件之间，即宽范围的电压和可预测的瞬态电池环境作为输入。设计良好的电源系统必须既为电子设备供电又保护电子设备，即使制造商通过启停技术等功能使汽车环境对电子设备的吸引力降低。

启停技术放大了电子设备必须面对的极端条件，特别是通过反复的发动机起动。启用启停功能的汽车会反复重新启动发动机，但即使电池供应每次都经过冷启动，关键系统也必须保持运行——虽然不是灾难性的，但当汽车的音乐变得沉默时，驾驶员突然唱阿卡贝拉可能不会增加汽车的正面评价。

另一方面，超低静态电流是汽车动力系统的关键要求。汽车可能需要闲置一个月或更长时间，因为关键的始终在线的电子系统可以安静地运行，而不会耗尽电池电量。

ADI 线性LTC3372一体化高压控制器的电源能够在汽车电池环境带来的极端电压变化中保持稳压。由于其超低静态电流，它可以保持始终在线的组件运行而不会耗尽电池电量。LTC3372 具有四个可配置的单片式稳压器，并能为信息娱乐系统或其他电子系统提供多达 5 个输出通道。

汽车多通道电源

LTC3372 显著减少了产生多个电源轨所需的组件数量。它将成熟的高压汽车控制器技术与四个可配置的单片降压器相结合，以创建节省空间且经济高效的汽车多通道电源解决方案。

高压降压控制器输入通过高达60 V的输入浪涌（例如在抛负载期间看到的输入浪涌）工作，在标准降压配置中还可以通过低至4.5 V的输入骤降进行调节，在SEPIC配置中也可以通过低至3 V的输入骤降进行调节。该工作输入范围可在面对重大瞬变时为敏感电子设备提供不间断电源。LTC3372 的 4 个低电压降压转换器通过组合来自 8 个 1 A 功率级的功率级进行独立配置。级组合在一起以满足每个稳压器的功率要求，具有八种可能的独特 4 输出通道配置，全部直接来自汽车电池源。

单IC多通道电源解决方案的一个优点是共享内部基准电压源和偏置电源。这种偏置共享可实现比独立IC更低的多通道功率每通道IQ规格。对于单通道、始终导通电源，VIN参考偏置IQ典型值为23 μA，150°C时最大值为46 μA。 当所有五个通道均在突发模式下®调节时，典型偏置电流仅为60 μA，或每通道12 μA。当 LTC3372 针对 5 个通道的总偏置 IQ 与采用较旧技术的单通道相当时，该 LTC3372 可实现新的始终接通应用。

单芯片控制器和稳压器

LTC®3372是一款前端60 V高压（HV）降压控制器以及四个低电压（LV） 5 V单芯片降压稳压器，具有低IQ突发模式操作。通过集成一个控制器和单片式稳压器，LTC3372 能够以紧凑的尺寸以低成本从高输入电压提供多达 5 个独立的电源轨。高压控制器的输出电压可在 3.3 V 至 5 V 之间选择，具体取决于 VOUTPRG 引脚的电平;低压稳压器的输出电压可通过 FB1 至 FB4 引脚使用外部电阻器单独设置。

LTC3372的典型60 V输入应用。高压控制器为四路 2 A、1 V/1.2 V/1.8 V/2.5 V 低压稳压器供电。3.3 V/5 V 高压控制器输出可用作额外的 3 A 电流轨。

图1和图2显示了高压控制器的典型应用和相应的效率。虽然高压控制器通常用于为低压稳压器供电，但每个稳压器通过每个通道独立工作，以使能和输入引脚。八个功率级提供了额外的灵活性。这八个开关可以分布在低压稳压器之间，组合通过C位（C1、C2、C3）进行数字配置，以满足特定于电源轨的最大电流限制。表 1 显示了 C 位设置以及每个稳压器编号得出的最大电流限制配置。图 3 显示了效率如何随并联组合的开关数量而变化。

突发模式工作效率与图1中高压控制器输出电流的关系输出电流高达10 A，足以为4个满载LV稳压器和3 A、3.3 V/5 V负载供电。

突发模式工作效率与低压稳压器输出电流的关系当一个、两个、三个和四个开关并联时，1 A、2 A、3 A 和 4 A 降压表示不同的配置。

表 1.低压稳压器配置通过 C1、C2 和 C3 代码设置;在少于四个低压稳压器的任何配置中，未使用的稳压器使能引脚和反馈引脚接地

功率损耗优化

LTC3372 还提供一个片内温度传感器和看门狗定时器功能。温度传感器允许用户在启用低压稳压器时密切监控管芯温度。如果微处理器在发生故障时未能清除定时器，则看门狗定时器发出复位信号。

通常，DC-DC转换器是根据其效率来判断的，因此旨在最大化该参数，但是在功率损耗（而不仅仅是效率）方面优化DC-DC转换器通常会在高功率应用中带来更高的性能红利。对于多级转换器系统（例如可使用 LTC3372 创建），当效率的某些部分由 HV 控制器和 LV 稳压器复合时，效率测量可能会产生误导。

请记住，功率损耗优化并不意味着简单地最小化总功率损耗，还意味着平衡器件之间损耗的分布。一个好的方法是从低压稳压器开始，因为所有低压稳压器的总功率损耗占LTC3372系统损耗的大部分。通过考虑所有适用的低压稳压器配置，设计人员可以比较各种功率损耗选项。表2列出了1.2 V、1.8 V、2.5 V应用中在3 A、3 A、0.5 A最大负载下的所有适用配置和相关功率损耗。最佳配置和最差配置之间的差异为 0.432 W。在正常情况下，递归地将最大可能的开关分配给最高功率通道会产生最佳结果。

表 2.各种配置中低压稳压器的总突发模式操作功率损耗为 1.2 V （3 A）、1.8 V （3 A）、2.5 V （0.5 A）;VINA–H 为 3.3 V，开关频率为 2 MHz;与最坏情况相比，最佳配置的功率损耗降低 0.432 W

更通用的效率优化程序可以应用于高压控制器。细微的区别是高压控制器的全部/部分负载成为低压稳压器的输入参考电流。当低压稳压器是唯一负载时，高压控制器会看到中等负载，即使每个低压稳压器都满载。设计人员不应选择低RDS FET或追求最高峰值效率，而应关注目标工作电流范围。具有不同RDS的三个FET的效率与输出电流曲线如图4所示。对于表 2 中的低压稳压器，使用最高 RDS 但最低 QG FET 可在低于最大负载（最佳配置为 3.759 A）的范围内产生最高效率。

突发模式工作效率与高压控制器中三个不同FET的输出电流的关系。顶部和底部使用相同的FET。该图放大至1 A至6 A范围，以密切观察任何交越，以确定表2中低压稳压器的最佳FET。3.759 A 是低压稳压器满载时的最大负载电流。结果表明，最佳选择是RDS最高，而QGFET（BSZ099N06LS5）最低。

赛普控制器

在汽车应用中，冷启动仍然是DC-DC转换器面临的挑战。在冷启动情况下，如果调节输出电压高于输入电压，则降压转换器被迫在压差下工作。利用 LTC3372 的 HV 控制器中提供的可用资源可以实现两种可选的前端拓扑 （升压和 SEPIC），以避免压差操作。

尽管升压稍微简单一些，但它会将任何高压输入浪涌传递到下一个降压级。这排除了使用高效低压降压稳压器作为第二降压级的可能性。在图 5 中，我们在异步 SEPIC 拓扑中配置 LTC3372 高压控制器。SEPIC转换器产生一个5 V中间电源轨，为两个3.3 V/4 A LV稳压器供电，并维持高压控制器的连续运行。

当两个4 A LV稳压器满载时，SEPIC输出消耗的电流超过5 A。通过检测电阻的峰值电流很容易超过10 A，因为开关电流是两个电感绕组的总和。考虑到检测电阻位于热回路内，需要付出一些努力才能在电流比较器输入端产生干净的波形。一种解决方案是采用SEPIC原理图中所示的差分滤波方案，并使用采用反向封装的低电感电阻。

图6显示了突发模式下的SEPIC效率，图7显示了对输入施加12 V至3 V瞬变时的SEPIC输出电压。设计人员在PCB设计过程中不应忽视箝位二极管中产生的热量。通过为中等尺寸的二极管预留额外空间并使用较厚的铜，可以满足热限制。另一个二极管和一个滤波电容连接到VIN引脚，以避免由于输入瞬变引起的反向电流和突然的电压尖峰。

4.5 V至50 V输入异步高压SEPIC转换器，为两个3.3 V/4 A LV稳压器供电。启动后，当两个低压稳压器满载时，SEPIC转换器可在V OUT时保持5 V电压，最小V IN为3 V。如果在SEPIC上放置较轻的负载，则最小V IN可低至1.5 V。当V IN低于5 V时，SEPIC的输出必须设置为5 V以维持连续工作。 D IN和1 μF电容连接到IC VIN，以防止反向电流和瞬态尖峰。建议采用差分电流检测方案和低电感检测电阻，以便在电流比较器输入端提供干净的信号。低电感（LHV1 和 LHV2）、最大开关频率和低带宽是右半平面零点和电流纹波之间的折衷因素。

突发模式工作效率与异步SEPIC控制器输出电流的关系，如图5所示。输出电流高达6 A，足以为两个满载3.3 V/4 A LV稳压器供电。

SEPIC对类似于冷启动条件的输入瞬变的输出响应。输入在2 ms内从12 V降至3 V，并在3 V保持1秒钟，然后恢复到12 V。 在3 V瞬变期间观察到较大的纹波，这是由通过箝位二极管流向输出电容的较高峰值电流引起的。波形由两个满载3.3 V/4 A LV稳压器和500 kHz SEPIC开关频率获取。

结论

LTC3372 为高电压多通道降压型转换器提供了一种单芯片解决方案。其低 IQ 操作和低每通道成本非常适合汽车应用中的始终在线系统。

审核编辑：郭婷