A6983:高性能汽车级同步降压转换器的关键特性与应用

描述

STMicroelectronics A6983汽车类降压转换器是简单易用的同步单片降压稳压器,可为负载提供高达3A的直流电流。该器件具有宽输入电压范围,适用于各种应用。

数据手册:*附件:STMicroelectronics A6983汽车类降压转换器数据手册.pdf

低功耗模式(LCM)设计用于驻车过程中的应用,因此可通过受控输出电压纹波最大限度地提高轻负载时的效率。低噪声模式(LNM)可使开关频率保持恒定。它将输出电压纹波过载电流范围降至最低,满足汽车音响的低噪声应用规范。

STM A6983的开关频率范围为200kHz至2.3MHz,具有可选的扩展频谱,可改善EMC。EN引脚提供启用/禁用功能。禁用时的典型关断电流为2 μA。上拉EN引脚时,器件被使能,且发生内部1.3ms软启动。A6983设有电源良好开路集电极,可监控FB电压。两个功率元件上的逐脉冲电流检测均可实现有效的恒定电流保护,热关断可防止热失控。

A6983采用峰值电流模式架构和QFN16(3mmx3mm)封装,具有内部补偿功能,可最大限度地降低设计复杂性和尺寸。

特性

  • 符合 AEC-Q100
  • 工作温度范围:-40°C至+150°C ( TJ )
  • 3.5 V 到 38 V 工作输入电压
  • 可耐受高达40V的负载突降
  • 输出电压:0.85V至VIN
  • 3.3 V和5 V固定输出电压版本
  • 3 A 直流输出电流
  • 25 μA 运行静态电流
  • 内部补偿网络
  • 两种不同版本:用于在轻负载时实现高效率的LCM和适用于噪声敏感型应用的LNM
  • 2 μA关断电流
  • 内部软启动
  • 高压VIN 兼容使能
  • 输出过压保护
  • 输出电压排序
  • 热保护
  • 可编程开关频率:200kHz至2.3MHz
  • 可选扩频,用于改善EMC
  • 电源正常
  • 与外部时钟同步,用于LNM器件
  • QFN16(3mm x 3mm)封装

框图

降压稳压器

典型应用电路

降压稳压器

A6983:高性能汽车级同步降压转换器的关键特性与应用

关键特性概览

  • 宽输入电压范围 :3.5 V 至 38 V,支持负载突降电压至 40 V
  • 高输出电流 :3 A 持续输出
  • 低静态电流 :25 µA(运行状态),2 µA(关断状态)
  • 两种工作模式
    • LCM(低功耗模式) :轻载时效率极高,适用于常电待机系统
    • LNM(低噪声模式) :恒定开关频率,适合对噪声敏感的应用(如车载音频)
  • 可编程开关频率 :200 kHz 至 2.3 MHz,支持扩频调制以优化 EMC
  • 内置保护功能 :过压、过流、欠压锁定、热关断
  • AEC-Q100 认证 ,工作结温范围:-40°C 至 +150°C

架构与功能解析

A6983 基于 峰值电流模式控制架构 ,集成内部补偿网络,极大简化了外部元件设计与系统布局。其核心功能模块包括:

  • 功率级 :集成高边和低边 NMOS,支持同步整流
  • 软启动机制 :1.3 ms 内部软启动,限制启动冲击电流
  • 使能与同步 :EN 引脚支持高压使能,LNM 版本支持外部时钟同步
  • Power Good 信号 :开漏输出,用于监控输出电压状态
  • 过压保护 :在输出电压超过设定值的 120% 时激活,通过低边 MOSFET 放电

典型应用电路

A6983 提供 可调输出固定输出(3.3 V / 5 V) 两种版本。典型应用电路如下:

  • 输入电容 :10 µF(建议使用低 ESR 陶瓷电容)
  • 输出电容 :40 µF(MLCC 推荐)
  • 电感 :15 µH(适用于 400 kHz 开关频率)
  • 反馈网络 :可调版本使用外部电阻分压

轻载效率与噪声控制策略

A6983 通过两种不同工作模式应对不同应用需求:

LCM(低功耗模式)

  • 在轻载时进入脉冲跳跃模式,显著降低开关损耗
  • 适用于车身控制、停车监控等常电待机系统

LNM(低噪声模式)

  • 强制 PWM 工作,保持恒定开关频率
  • 输出纹波小,适用于音频、射频等噪声敏感系统

热管理与布局建议

A6983 采用 QFN16(3×3 mm)封装 ,底部散热焊盘必须良好接地并连接至大面积铜皮以优化散热。建议:

  • 输入电容尽量靠近 VIN 引脚
  • 反馈走线短且远离开关节点
  • 使用多层板并设置完整地平面

效率与性能实测

数据手册提供了多组效率曲线,显示在 12 V 输入、5 V 输出、400 kHz 开关频率下:

  • LCM 模式 :在 10 mA 负载下效率仍高于 80%
  • LNM 模式 :全负载范围内效率平稳,适用于高动态负载场景

应用场景推荐

  • 车身电子 :车窗控制、座椅调节、灯光系统(LCM)
  • 车载信息娱乐与音频系统 (LNM)
  • 电池供电设备 :车载导航、记录仪
  • 智能环境照明 :LED 驱动电源
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