當(dāng)您打開(kāi)一部筆記本電腦或者智能手機(jī)時(shí)，會(huì)料到其啟動(dòng)需要等待一點(diǎn)時(shí)間，但是當(dāng)您啟動(dòng)車(chē)輛時(shí)，就不太會(huì)有那么大的耐心了。對(duì)于汽車(chē)，消費(fèi)者的期望是能夠立刻使用計(jì)算機(jī)電子設(shè)備 (包括導(dǎo)航和信息娛樂(lè)系統(tǒng))，汽車(chē)制造商則運(yùn)用可縮短啟動(dòng)時(shí)間的設(shè)計(jì)策略來(lái)努力滿(mǎn)足消費(fèi)者的這一愿望。其中的一種策略是始終把動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器 (RAM) 保持在運(yùn)行模式，即使在點(diǎn)火關(guān)斷狀態(tài)下也不例外。

汽車(chē)中使用的 DDR3 存儲(chǔ)器采用一個(gè) 1.5V 電源軌運(yùn)作，具有 2A 以上的峰值負(fù)載電流 (為盡量減少熱耗散，最好利用一個(gè)高效率 DC/DC 轉(zhuǎn)換器)。在這些應(yīng)用中，當(dāng)汽車(chē)不處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，輕負(fù)載效率對(duì)于維持電池壽命同樣是重要的。在待機(jī)時(shí)，DDR 存儲(chǔ)器可從 1.5V 電源軌消耗 1mA~10mA 的電流，但是，當(dāng)汽車(chē)長(zhǎng)時(shí)間停駛時(shí)從電池吸收 10mA 電流是不能接受的。

在輸入和輸出電流相等的場(chǎng)合中，該限制條件排除了使用線性穩(wěn)壓器的可能。另一方面，開(kāi)關(guān)降壓型穩(wěn)壓器吸收的輸入電流小于負(fù)載電流 (與降壓比成比例)：

式中的 η 為效率因數(shù) (0 至 1)。

如圖 1 所示，LT8610AB 同步降壓型穩(wěn)壓器在 1mA 負(fù)載條件下實(shí)現(xiàn)了大約 83% 的效率。當(dāng)電池電壓為 12V 且負(fù)載電流為 1mA (在1.5V) 時(shí)，輸入電流的計(jì)算值僅為 151μA。

圖 1：LT8610AB 效率與負(fù)載的關(guān)系

從汽車(chē)電池至 1.5V DDR 存儲(chǔ)器的直接 DC/DC 轉(zhuǎn)換

LT8610A 和 LT8610AB 是單片式、同步降壓型穩(wěn)壓器，專(zhuān)為汽車(chē)系統(tǒng)而特別設(shè)計(jì)。它們可提供 3.5A 電流，而靜態(tài)電流消耗則僅為 2.5μA。圍繞這兩款器件來(lái)設(shè)計(jì)電路十分容易。無(wú)需額外的半導(dǎo)體元器件，它們可以使用廉價(jià)的陶瓷電容器，而且所采用的 MSOP 封裝具有易于焊接和檢查的引腳。由于其典型最小導(dǎo)通時(shí)間為 30ns (保證最大值為 45ns)，因此可設(shè)計(jì)具有大降壓比的緊湊、高開(kāi)關(guān)頻率降壓型穩(wěn)壓器。圖 2 示出了一種可在 1.5V 電壓下提供 3.5A 電流的應(yīng)用電路。工作頻率為 475kHz，以?xún)?yōu)化效率并保持低于 AM 無(wú)線電頻段。

這兩款器件均擁有針對(duì)汽車(chē)環(huán)境的卓越容錯(cuò)性能。42V 的最大輸入可應(yīng)對(duì)負(fù)載突降。堅(jiān)固的開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)和高速電流比較器可在輸出短路期間對(duì)器件提供保護(hù)。最小輸入為 3.4V (最壞情況值)，最大占空比高于 99%，壓差電壓在 1A 電流下的典型值為 200mV，所有這些使得輸出在整個(gè)冷車(chē)發(fā)動(dòng)期間均處于調(diào)節(jié)狀態(tài)。典型的最小輸入電壓曲線繪制于圖 3。

圖 2：該 LT8610A 或 LT8610AB 降壓轉(zhuǎn)換器電路可接受汽車(chē)電池，并產(chǎn)生 1.5V/3.5A 輸出。低靜態(tài)電流和同步整流在整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了高效率。

圖 3：在冷車(chē)發(fā)動(dòng)或汽車(chē)啟-停過(guò)程中將存儲(chǔ)器保持于運(yùn)行狀態(tài)。在 25ºC 時(shí)，LT8610A 和 LT8610AB 可在低至 2.9V的典型最小輸入電壓 (整個(gè)溫度范圍內(nèi)的保證最大值為 3.4V) 條件下運(yùn)作。

利用低紋波突發(fā)模式操作和極小的靜態(tài)電流來(lái)節(jié)省電池電量

LT8610A 和 LT8610AB 專(zhuān)為最大限度地降低整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)的輸出電壓紋波設(shè)計(jì)。在輕負(fù)載時(shí)，它們通過(guò)降低其工作頻率和進(jìn)入突發(fā)模式 (Burst Mode®) 操作來(lái)保持效率。即使在非常低的負(fù)載條件下亦能維持快速瞬態(tài)響應(yīng)。此項(xiàng)特性與 2.5μA 的非常低靜態(tài)電流相組合，這意味著：即便在負(fù)載僅為幾個(gè) μA 的情況下，LT8610A 和 LT8610AB 的效率也要高于靜態(tài)電流為零的線性穩(wěn)壓器。對(duì)于那些必須避免低頻運(yùn)作的系統(tǒng)，可以通過(guò)給 SYNC 引腳施加一個(gè)邏輯高電平信號(hào)或時(shí)鐘信號(hào)來(lái)關(guān)斷突發(fā)模式操作。

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LT8610A 和 LT8610AB之間的差異是，后者在輕負(fù)載時(shí)具有較高的效率。對(duì)于給定的負(fù)載，這是通過(guò)采用一個(gè)增加的突發(fā)模式電流限值 (因而允許在每個(gè)開(kāi)關(guān)周期中輸送更多的能量) 和降低開(kāi)關(guān)頻率實(shí)現(xiàn)的。由于接通和關(guān)斷 MOSFET 需要固定的能量值，因此降低開(kāi)關(guān)頻率可減少柵極電荷損失并提高效率。

圖 4 示出了 LT8610A 和 LT8610AB 的效率差異。當(dāng)負(fù)載介于 1mA 和 100mA 之間時(shí)，相比于 LT8610A，LT8610AB 可將效率提高 10% 以上。突發(fā)模式電流限值的增大意味著每個(gè)開(kāi)關(guān)周期中提供的能量更多，而作為折衷，需要采用更大的輸出電容以保持低的輸出電壓紋波。圖 5 比較了 LT8610A 和 LT8610AB 的“輸出紋波與輸出電容的函數(shù)關(guān)系”(針對(duì)兩種電感值和 10mA 負(fù)載)。

圖 4：與 LT8610A 相比，LT8610AB 突發(fā)模式電流限值的增大使得輕負(fù)載時(shí)的效率大幅提升。

圖 5：針對(duì)兩種電感值和 10mA 負(fù)載，輸出電壓紋波與 1210 規(guī)格 47μF 輸出電容器數(shù)目之間的關(guān)系。(a) 圖 2 中 475kHz 應(yīng)用的紋波。(b) 圖 6 中 2MHz 應(yīng)用的紋波。

除了電流限值之外，電感器的選擇也會(huì)影響突發(fā)模式操作中的效率和開(kāi)關(guān)頻率。這是因?yàn)閷?duì)于一個(gè)固定的電流限值而言，較大的電感值所存儲(chǔ)的能量要多于較小的電感值。如果首要考慮的是在輕負(fù)載時(shí)實(shí)現(xiàn)高效率，則可將電感值增至大于產(chǎn)品手冊(cè)中推薦的起始值。

提高工作頻率以實(shí)現(xiàn)更小的解決方案

對(duì)于大多數(shù)汽車(chē)系統(tǒng)而言，9V 至 16V 是典型的輸入電壓，于是應(yīng)用電路通常針對(duì)該范圍進(jìn)行優(yōu)化。圖 2 中的 475kHz 應(yīng)用電路在 3.5V 至 42V 的整個(gè)輸入范圍內(nèi)工作于設(shè)計(jì)頻率。然而，如果我們把正常工作電壓限制為 16V (42V 瞬態(tài))，則可提高工作頻率，并隨之減小電感器的數(shù)值和尺寸。針對(duì) 45ns 的最壞情況最小導(dǎo)通時(shí)間，可將 LT8610A 和 LT8610AB 的工作頻率設(shè)置為 2MHz，如圖 6 所示。

圖 6：與圖 2 中的 12V 至 1.5V 應(yīng)用相似，但 LT8610A 和 LT8610AB 的工作頻率增加至 2MHz，以減小電感器的數(shù)值和尺寸。

請(qǐng)注意：當(dāng)輸入電壓變至高于 16V 時(shí)，雖然開(kāi)關(guān)頻率減小，但輸出仍然處于調(diào)節(jié)狀態(tài)以維持安全的運(yùn)作。除了將 RT 電阻器阻值改為 18.2kΩ 并減小電感器的數(shù)值和尺寸以節(jié)省空間之外，2MHz 解決方案與圖 2 中的電路是相同的。圖 7 示出了針對(duì)兩種電感器選擇的“效率與負(fù)載的關(guān)系”。

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BIAS 引腳優(yōu)化了效率

LT8610A 和 LT8610AB 采用了兩個(gè)專(zhuān)為汽車(chē)應(yīng)用而特別優(yōu)化的內(nèi)部 N 溝道 MOSFET。特別地，柵極驅(qū)動(dòng)電路需要低于 3V 以全面強(qiáng)化這些 FET。為了產(chǎn)生柵極驅(qū)動(dòng)電源，LT8610A/AB 包括一個(gè)內(nèi)部線性穩(wěn)壓器，該穩(wěn)壓器的輸出為 INTVCC 引腳 (不要通過(guò)外部電路給 INTVCC 加載)。

一項(xiàng)重要的特性是，這個(gè)內(nèi)部穩(wěn)壓器能夠從 VIN 引腳或 BIAS 引腳吸收電流。假如 BIAS 引腳被置于開(kāi)路狀態(tài)，則柵極驅(qū)動(dòng)電流從 VIN 吸收。然而，倘若將一個(gè) 3.1V 或更高的電壓連接至 BIAS 引腳，那么柵極驅(qū)動(dòng)電流將從 BIAS 吸收。如果 BIAS 電壓低于 VIN，則內(nèi)部線性穩(wěn)壓器將采用較低電壓電源可更高效地運(yùn)作，從而提升總體的效率水平。

圖 1、4 和 7 中的效率數(shù)據(jù)是在 BIAS 引腳開(kāi)路的情況下記錄的。畢竟，如果 1.5V 輸出是僅有處于運(yùn)行狀態(tài)的電源軌，則很有可能沒(méi)有合適的地方來(lái)連接 BIAS 引腳。不過(guò)，倘若存在一個(gè) 3.3V 或 5V 電源，則將其連接至 BIAS 引腳，即使該電源在待機(jī)或點(diǎn)火關(guān)斷情況下不可用也是如此。圖 8 示出了 BIAS 引腳在連接和未連接一個(gè) 3.3V 電源時(shí)的效率。在計(jì)算總效率時(shí)，我們計(jì)入了從 3.3V 電源軌吸取的功率，并假設(shè)它是以 85% 的效率產(chǎn)生的。

圖 8：把 BIAS 引腳連接至一個(gè)外部 3.3V 電源可提高效率。(假設(shè)了 85% 的外部電源效率，這里所示的總效率中考慮到了該因素。)

請(qǐng)注意，從外部給 BIAS 供電的好處在工作頻率較高時(shí)更大，因?yàn)闁艠O驅(qū)動(dòng)電流較高。而且，相比于 LT8610AB，LT8610A 從外部偏置獲得的益處也更多 ─ 對(duì)于一個(gè)給定的負(fù)載，LT8610AB 突發(fā)模式電流限值的增加導(dǎo)致工作頻率有所降低。

不只是用于存儲(chǔ)器

對(duì)于其他的汽車(chē)電源 (包括 3.3V 和 5V 電源)，LT8610AB 是一款出色的穩(wěn)壓器，其效率高于 90%，如圖 9 所示。

圖 9：3.3V 和 5V 輸出的效率高于 90%，從而減低了總功率耗散并使溫度處于受控狀態(tài)。

對(duì)于汽車(chē)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，一項(xiàng)重要的考慮是冷車(chē)發(fā)動(dòng)和怠速停止瞬變期間 (此時(shí)來(lái)自 12V 電池的電壓或許會(huì)降至 4V 以下) 的電源工作狀況。LT8610AB 的工作占空比高達(dá) 99%，能在最低可用輸入電壓條件下提供輸出調(diào)節(jié)。圖 10 (a) 示出了壓差電壓。這是在輸入電壓下降并逐漸接近預(yù)期輸出調(diào)節(jié)電壓時(shí) VIN 和 VOUT 之間的差異。另外，LT8610AB 還擁有卓越的啟動(dòng)和壓差工作特性，能產(chǎn)生可預(yù)知和可靠的輸出電壓 (其為輸入電壓的一個(gè)函數(shù))。圖 10(b) 示出了輸入電源從 0V 斜坡上升至 10V 并回降至 0V 時(shí)的輸出電壓。

圖 10：LT8610AB 可工作至 99% 的占空比，并提供了平滑的啟動(dòng)和低壓差電壓。

結(jié)論

LT8610AB 和 LT8610AB 具有低組件數(shù)、低的最小輸入電壓、低靜態(tài)電流以及寬負(fù)載范圍內(nèi)的高效率。這些特性使之成為在汽車(chē)應(yīng)用中為 DDR 存儲(chǔ)器提供待機(jī)電源的優(yōu)選解決方案。表 1 概括了 LT8610 系列的性能。

表 1：LT8610 系列單片式、同步降壓型轉(zhuǎn)換器的特性比較