電池知識
鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
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交通運輸系統的輸入電壓可能高達14V(單電池供電汽車)、28V(雙電池供電卡車、客車和飛機)、或更高電壓，而其數字系統要一個或更多個低壓軌。因此，設計這類系統時，要知道如何才能簡便、高效和可靠地從很高的輸入電壓降壓。
交通運輸系統需求
交通運輸系統的輸入電壓可能高達14V(單電池供電汽車)、28V(雙電池供電卡車、客車和飛機)、或更高電壓，而其數字系統要一個或更多個低壓軌。因此，設計這類系統時，要知道如何才能簡便、高效和可靠地從很高的輸入電壓降壓。以下圖1顯示，汽車環境中的輸入電壓可能視其運行狀態的改變而改變，而其運行狀態可能包括負載突降變化到冷車發動的各種情況，甚至出現電池反向連接。
圖1：典型的汽車瞬態情況
NOMINAL14V：標稱14V
120VLOADDUMP：120V負載突降
6VCRANK：6V冷車發動
85VNOISE：85V噪聲
24VJUMPSTART：24V突然起動
REVERSEBATTERY：電池反向連接
當使用要求以非常高的效率進行電源轉換，以最大限度減少轉換過程中由功率損耗導致的熱量時，采用開關穩壓器處理方案是有幫助的。開關穩壓器本質上是單片器件，片內集成了MOSFET，采用了同步或非同步配置。或者，開關穩壓器也可以由一個開關控制器組成，該控制器驅動采用單級或多級拓撲(多相)的外部MOSFET，以供應數十安培至數百安培級的功率。為了滿足如此大的功率范圍要求，ADI公司供應了廣泛的開關穩壓器處理方案，以使用戶能夠按照最終系統所需的特定設計標準，選擇最適用的器件。相應地，我們的開關穩壓器有非常寬的輸入電壓范圍(從5V直至150V)，輸出功率級從數百毫安直至高于1,000A。
這種開關穩壓器的一個例子是LTC3895，該器件是一個具有150V輸入的同步降壓型轉換器，可配置為多相運行，如圖2所示。
圖2：LTC3895原理圖以及效率隨功率損耗變化的曲線
VOUTFOLLOWSVINWHENVIN12V：VIN12V時，VOUT跟隨VIN
EFFICIENCY：效率
POWERLOSS：功率損耗
LOADCURRENT：負載電流
在任何交通運輸系統中都有一個常見問題：如何才能在不影響性能和轉換效率的前提下，獲得高降壓比和占板面積緊湊的處理方案?直到不久前，仍舊沒有一款處理方案能夠在不犧牲其他性能的情況下達到所有關鍵性能標準。不過，隨著ADI公司單片、2MHz以上、同步降壓型轉換器LT86xx系列的推出，所有必要的性能標準都可以立即得到滿足了。
一個很好的例子是LT8609，這是一款2A、42V輸入同步降壓型開關穩壓器。神奇的同步整流拓撲供應93%的效率，而以2MHz頻率切換使設計師能夠避開關鍵噪聲敏感頻段，例如AM無線電，同時可供應占板面積非常緊湊的處理方案。突發模式(BurstMode)運行在無負載備用情況下保持靜態電流低于2.5A，從而使該器件非常適合始終保持接通的系統。LT8609的3.0V至42V輸入電壓范圍使其非常適合汽車使用，這類使用非得以低至3.0V的最低輸入電壓穩定通過冷車發動和停-啟情況，并穩定通過超過40V的負載瞬態。其內部3.5A開關可在峰值負載電流為3A時，供應高達2A的繼續輸出電流。原理圖和相應于2MHz切換頻率的效率曲線如圖3所示。
圖3：LT8609原理圖和效率曲線
由于在單電池或雙電池供電車輛中，冷車發動和負載突降情況很常見，所以很多交通運輸系統都供應很寬的輸入電壓范圍。而且使情況更加復雜的是，所需輸出電壓有可能超出這種已經很寬的輸入電壓范圍。因此，系統設計師面對的復雜問題是，無論輸入電壓是高于、低于還是等于輸出電壓，所設計的處理方案都非得準許固定輸出。
處理這種問題的常見辦法是采用SEPIC拓撲轉換器。不過這種轉換器的設計很復雜，要兩個電感器，而且通常空間利用率和轉換效率都不高。因此，ADI公司設計了廣泛的4開關降壓-升壓型控制器，這些控制器不僅簡化了設計，還供應很高的空間利用率和轉換效率，功率損耗在5%至7%之間(視輸入至輸出電壓范圍而定)。圖4所示LT8705是一個4V至80V輸入的降壓-升壓型控制器例子，該器件供應車輛環境中常見的一個固定12V輸出。
圖4：具體的LT8705原理圖，從4V至80V輸入供應固定12V輸出
INCREASEDVOUTRIPPLEFORVIN60V：VIN60V時，VOUT紋波增大
處理汽車冷車發動問題的另一種辦法是，采用升壓型轉換器，后面再跟一個降壓型轉換器。在這種拓撲中，從單電池供應的升壓型轉換器之輸出設定為比電池的標稱電壓高出幾伏，然后再用一個降壓型轉換器對其降壓，使其達到下游電子組件所需的工作電壓。盡管這種辦法要兩個轉換器，但是ADI公司已經開發出一款整合了升壓型控制器和降壓型控制器的器件，兩個控制器既可獨立使用，又可作為升壓-降壓跟隨器使用。圖5中用LTC7813說明這種器件的工作原理。
圖5：LTC7813原理圖~~一個級聯的升壓及降壓型單輸出控制器IC
8VTO60VDOWNTO2.2VAFTERSTART-UP：8V至60V，啟動后降至2.2V
低噪聲電源管理
電磁輻射(EMR)、電磁干擾(EMI)和電磁兼容(EMC)這些術語與帶電粒子及有關磁場的能量有關，這種能量有可能影響電路性能和干擾信號傳輸。隨著無線通信的普及、大量通信設備的涌現以及通信辦法日益增多、占用越來越多的頻譜(有些頻段是相互疊加的)，電磁干擾已經成為揮之不去的事實。為了減輕電磁干擾的影響，很多政府機構和監管機構都設定了通信設備及儀器儀表的電磁輻射限度。
因此，很顯然的是，低輻射是很多汽車和交通運輸設備制造商的關鍵要求。系統設計師如何才能滿足汽車CISPR25、Class5(圖6所示)的嚴格要求，同時依然保持高效率和很小的處理方案尺寸呢?
圖6a：LT8614的輻射值遠低于CISPR25、Class5限制
AMPLITUDE：幅度
VERTICALPOLARIZATION：垂直極化
PEAKDETECTOR：峰值測試器
CLASS5PEAKLIMIT：Class5峰值限制
FIXEDFREQUENCYMODE：固定頻率模式
SPREADSPECTRUMMODE：擴展頻譜模式
FREQUENCY：頻率
圖6b：采用SilentSwitcher拓撲的LT8614
一種答案也許是采用ADI的SilentSwitcher系列器件。以LT8614為例，這是一款42V輸入、4A輸出、單片降壓型轉換器，以高于2MHz的開關頻率和94%的轉換效率切換，由于其很短的30ns最短接通時間，因此可滿足16V輸入至1.8V輸出降壓比。此外，由于采用了已獲專利的SilentSwitcher技術，所以該器件可超越CISPR25和CISPR22ClassB輻射要求，如圖7所示。
圖7：LT8614滿足CISPR22和CISPR25要求
NOISEFLOOR：噪聲層
FREQUENCY：頻率
RADIATEDNOISELEVEL：輻射噪聲值
CISPR22RADIATEDCLASSBLIMITS：CISPR22ClassB輻射限制
低靜態電流也是關鍵要求
在交通運輸電子系統中，有很多使用要求繼續供電，甚至在車輛已經停泊后，例如遙控無鑰匙進入、安防甚至個人信息娛樂系統，這類使用通常還包括導航、GPS定位和緊急呼叫系統。也許難以理解，為甚么這些系統甚至在車輛未行使時也非得保持接通，不過可以理解的是，為了應對緊急情況和保證安全，GPS系統非得始終保持接通。這種要求很有必要，以便在要時通過外部操作運用基本控制功能。
這類使用的一個關鍵要求是低靜態電流，以延長電池壽命。自2010年以來，ADI一直在加工備用靜態電流低于10mA的開關穩壓器，我們最近推出的一些較新產品的備用靜態電流已經低于2mA了。因此，這些產品已經為使用于很多汽車電子系統做好了充足準備。
結論
ADI公司供應了豐富的開關穩壓器產品，這些產品滿足對開關穩壓器的所有要求，而且這些產品的特性非常適合多種交通運輸系統，其特性包括：
很寬的輸入電壓范圍：2.xV至150V
在備用模式具低靜態電流：典型情況下低于10mA
最低限度的輸出噪聲和很低的EMI/EMC輻射
擴展的溫度范圍：在150C環境溫度和結溫時保證運行
高效率：滿負載時高達97%，輕負載情況下高達80%
低熱阻封裝：低至10C/W(qjc)
以高降壓比、高開關頻率運行：高達4MHz
高電流密度：采用3mmx5mmMSOP封裝，供應高達5A繼續輸出電流
行業領先的FIT率：典型情況下低于0.2
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