概述
从机械电子这一应用层面来讲,一辆汽车当中要用到许多不同的电源设备如发动机的保护电源等,以及其他多种类型的运算用途的电子设备。汽车电子行业已发展成为一个独立的应用领域。
凌特公司一惯是提供高性能、高表现的模拟器件供应商,在众多的高端通信设备和PC系统方面,它一直都是主要的供应商之一。随着汽车电子的发展,汽车环境对电子器件的要求越来越严格,而凌特的产品则在很多应用中很好地满足了汽车电子器件对高性能高表现的要求。
图(略)
从现代汽车的发展来看,汽车系统的复杂程度在日益提高。随着准确性、安全性方面要求的提高,要求使用更高精度和更高性能的电源系统或测量系统。在汽车应用中,汽车电子器件所要面对的环境也变得十分复杂和苛刻,诸如宽的电压波动范围、宽的温度、湿度变动范围等,以及高可靠性和小型化,已成为汽车应用的普遍要求。总的来看,汽车应用对汽车电子产品的要求可以分归为几类:
(1)电源,可分为高电压和通用两种;
(2)其他一些特殊功能的器件设计,如高额定温度器件、白光LED驱动器、电流检测放大器、低损耗powerPath控制器等。
汽车电源高压应用解决方案-LTC3780
汽车电源按电压的不同可分为几个应用段。一般讲,一块铅酸电池,其电压一般为14V。而在某些时刻(不经常发生),如发动机与电源断开的时候,会产生一个瞬变的高电压。针对这种瞬变,凌特提出了面向整个汽车行业所要求的特有宽电压变动解决方案——凌特高电压控制器LTC3780。
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LTC3780是一个同步升降压控制器,它通过四个开关管和一个传感器来实现升降压的要求,这一方案可实现97%的效率,并可以得到一个非常高的电流,一些设计中已做到了10A。这一方案与常用的SEPIC方案或者二阶的双压降压方案相比,表现更为有效。
在LTC3780出现之前,我们一般使用SEPIC方案,它采用一个升压器件来实现升降压要求。SEPIC转换器是一个升压+降压/升压(或反激式)转换器,它在设计上存在的一些主要问题是:开关管要承受很高的电流、很高的内压值(输入+输出两个电压);需要使用两个很大的电感器或者耦合成一个更大的电感器,承受高额电流应力而使损耗很高,耗功大。
图(略)
而凌特公司的LTC3780是一种高效的降压-升压电源解决方案。该方案通过四个开关管做到:输入电压高于输出电压时工作于降压模式,输入电压低于输出电压时工作于升压模式。它仅使用了一个电感器,开关管承受应力也较低。
SEPIC方案的耦合电感器是两个电感做在一起的,其体积要比使用LTC3780方案的电感器大三倍以上,因而从发热量来看LTC3780要低很多。LTC3780方案降低了电感器成本和开关损耗,在效率方面,LTC3780较之SEPIC方案在一个宽的电源范围内可实现约8%的效率提升。
LTC3780的主要应用特点有以下几方面:
(1)电压工作范围宽:4~36V;
(2)单电感器实现输入电压高于/低于/等于输出电压;
(3)同步整流效率在一些应用中可达到98%;
(4)只需一个简单的检测电阻就可以实现升压/降压各方面的电流检测。
此外它还具有良好的输出电压监视功能以及输出过压过流保护功能。其工作频率范围为200~400kHz,封装形式为小外形24引脚SSOP封装。
凌特LTC3780这一高效率、高电流能力、小外形尺寸、较少的外部元件和简易型补偿的降压-升压型架构已成为众多汽车应用的成功解决方案。
在汽车电源高压应用方面,凌特公司除了LTC3780外,还有两款应用产品LTC3724和LTC3800。LTC3724是一款高功率高输入电压控制器,它能承受4~60V的电压输入范围,可做成降压、升压、负输出以及SEPIC结构设计,耗电只有100
A。LTC3800主要用作一种同步整流的降压型应用,电压范围与LTC3724相同。
凌特汽车电子应用的特殊器件
凌特公司设计有多种汽车电子器件,如高额定温度器件、白光LED驱动器、电流检测放大器、低损耗PowerPath控制器等。
凌特针对汽车温度条件要求拟订了最新款IC的技术规格,这些器件可工作于 40~+125℃的温度范围(见表1)。
表1:凌特公司新款汽车IC技术规格(略)
在汽车应用LED驱动器方面,LED的发展趋势是其光度越来越大,功耗越来越高,在汽车中的应用也越来越多。虽然目前的汽车前头大灯不是LED灯,但在指挥灯、车窗内灯以及控制盘上的显示灯等方面,都用LED显示。凌特公司面向汽车应用开发的LED驱动器产品情况见下图。
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凌特的白光LED驱动芯片——具有双轨至轨电流检测放大器的3A DC/DC转换器LT3477;LT3479 3A升压/降压输出转换器,这些器件是非常适合汽车顶篷和仪表板照明等应用的例子。
另外,在汽车应用中,除了对电源有许多要求外,很多部分是对电流检测有要求的。如马达和汽车中的阀门等,音响方面也需要一些电路保护的系统。凌特公司针对这些应用的电流检测放大器芯片有LTC6101/6101HV、LT1787/1787HV、LT6100等。
问答选编
问:LT1937无电流输出的检测保护,在电路出现问题 的时候,输出电压将一直升上去,直到损坏芯片 自身。请问Linear有关于这个问题的解决方案吗?
答:我们的部分器件具有开路LED保护,如:LT3465 及 LT3465A。
问:LTC6101的H桥电流检测用两只检测有什么优 点?用一只在回地端检测不可以吗? 答:使用两个LTC6101可以检验电动机中的电流方
向。只用一只LTC6101,电流感应总是正的,因此 需要知道打开了哪个开关。
还有,有些时候不值得在接地路径设置感应电 阻。但在接地路径中,您可以使用一个或两个感 应电路。使用两个感应电路时,可为您提供极性
信息。
问:有类似LT3450那样驱动LED的芯片吗?要求输 出是5V、-12V、+15V。
答:LTC3450的输出主要是5V的倍数(5V,10V, 15V, -15V, -10V, -15 等)。
您可以根据实际电流需求尝试使用LT3463 或 LT3471(具有一些简单的二极管电容电荷泵)。 问:是否在输入宽范围波动情况下,输入能稳定在一
个固定值?
答:是的,即使在极宽范围的输入条件下,我们也可 以提供稳定的输出。对于输入变量,它属于线性 调节,我们的众多控制器元件均有良好的线性调
节性能。
问:什么是负载突降?
答:负载突降指的是在交流发电机给电池充电时,电 池电缆断接的情形。这种突然断接可能产生高 达60V的瞬态电压尖峰,因为交流发电机试图给
电池完全充电。交流发电机上的瞬态电压抑制 器通常把总线电压箝位于36~60V之间,因而 使得交流发电机的下游器件主端DC/DC转换器
能够承受60V的瞬态尖峰。由于希望这些转换 器以及由这些转换器供电的子系统在瞬态事件 发生期间和发生以后能正常工作,所以DC/DC转
换器能否处理这种高瞬态电压是至关重要的。
问:可否采用瞬态电压抑制器来应付负载突降?
答:在外部加设瞬态电压抑制器实施电路保护是一 个可行方法,但是这些电路增加了成本并需要占 用宝贵的电路板空间。凌特的高压开关稳压器
能承受高达60V的瞬态电压,同时在不对系统性 能或可靠性造成影响的前提下保持输出稳定。一 般情况下,这些稳压器都是降压型或降压-升压
型转换器,可经受由充电/电池系统中断引起的 汽车电池和交流发电机的电压置换。
问:Linear的芯片可否用OrCAD仿真?
答:我们不提供OrCAD仿真。但我们的SwitcherCAD 是一个SPICE基础仿真工具,可以在您的产品设 计中使用。
问:一个开关稳压器用于汽车导航系统时,需要具有 哪些特点?
答:通常开关稳压器在汽车导航系统应用上需要具 有(1)宽输入工作范围;(2)在宽负载范围内的高 效率;(3)在正常工作、备用和停机时具有低静态
电流;(4)低热阻;(5) 低噪声和低EMI辐射;(6) 负载突降抗毁性。
问:LTC3780可以写程序吗?
答:不可以,它是完全的硬件电源,无需软件。
问:DC-DC的BOOST模块中,L和C的选择应注意哪 些问题?在后级的退耦中,为提高PSRR应主要抑 制开关的基频吗?
答:在升压转换器中,关于挑选L有不同的标准。最基础的标准是在30%~40%的DC输入电流下, 需要有感应波纹电流。输出电容的选择则基于
输出波纹需求、负载顺态响应需求及环路稳定性 进行。
问:SEPIC方案是不是就是能根据输入电压来自动 升压或降压?
答:对,具体是通过拓扑实现的。
问:Linear在电流控制方面,如恒流/过流保护方面有 没有合适的器件?有何特点?
答:有,如我们的LT1970,是一个具有可调电流限制 的运算放大器。当然我们还有如LTC4213的“电 路断路器”芯片。
问:LTC6101电流检测的采样电压最大为多少?
答:最大差分输入电压由输入电阻决定。使用大的 电阻器将使您获得更大的感应电压,但小电压的 精度将有所下降。
“HV”高电压版本的最大电源电压为105V。另外 还有最大电源电压为70V的。
问:LT3736的SGNG要多点连接后一点接入PGND, 为了避免将谐波带入PGND,那么可否将SGND多 点连接后经一个铁氧体电感接入PGND?
答:重要的是要使用局部SGND走线或面板保持小 信号源独立于功率面板,无需使用电感。
问:请比较一下LED 串联驱动和并联驱动的优缺点。
答:如果串联驱动LED,则无需考虑均衡LED电流, 电路简单。然而,开关管脚的额定电压值将限制 LED的数目。
如果并联驱动LED,可以驱动数目更多的LED,但 是需要稳定电流。我们的LT3486、LT3466、LT1942 等器件可以驱动多重串路。
问:LTC6101能否程控输出正、负400MS的3A/24V电 流?
答:不能。LTC6101仅可提供一个方向的感应电流。 您可以使用两个LTC6101来提供两个方向的感应 电流。或者,可以使用一个两向感应放大器LT1787。
LTC6101与 LT1787均可实现400ms的3A/24V电流。
问:刚才的演讲中提到有一款产品可以抑制宽范围 电压波动,我的理解是不是可以省掉过压保护 器件,如TVS?
答:不可以,仍然需要TVS。TVS具有宽范围的钳位 电压。一个高输入范围电源有助于简便TVS选 择,提供更高可靠性。 问:请说明面向汽车应用的LED驱动器的状况。
答:越来越多的LED应用于汽车中:如自动仪表板、 LCD面板背光灯、内部灯与刹车灯等。我们公 司拥有广泛的多样性零件,旨在驱动高功率LED,
如LT3474,LT3477,LT3479,LT3486...
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