DN1048: 三个降压控制器与一个升压控制器满足宽范围VIN汽车应用的严苛要求

引言

汽车的内部空间有限，工作环境恶劣，其中日益复杂的电子系统需要可靠且紧凑的电源。LT8603多输出稳压器是一款稳健的解决方案，将两个高压2.5A和1.5A降压控制器、一个低压1.8A降压控制器及一个升压控制器集成在紧凑的6mm x 6mm QFN封装中。升压控制器用于以下解决方案时，可简化宽输入多输出电源的设计：

耐受冷启动工况、提供三路稳压输出的汽车电源
四路稳压输出，其中第四个轨配置为SEPIC
升压通道由其中一个降压控制器供电

耐受冷启动工况、提供三路稳压输出的汽车电源

在汽车应用中，需要稳定的5V、3.3V和2V以下电压轨来为各种模拟IC和数字IC供电。这些IC可能需要不同的电压轨来满足功能模块、处理器I/O和内核供电的需求。这些电压轨通常由标称12V、介于8V和16V之间的汽车电池电压 V_BAT产生。高效降压控制器可满足大多数情况下的要求，但如果在冷启动过程中， V_BAT降至2V并持续数十毫秒，则直接由VBAT供电的纯降压控制器就会失去调节能力。

LT8603 升压控制器能够在低至2V的电压下工作，因此它是为降压稳压器供电的理想前置稳压器。图1显示了冷启动工况的典型应用。当V_BAT降至8.5V以下时，升压控制器输出(OUT4)稳定在8V。两个高压降压控制器在冷启动情况下仍能正常工作，同时提供恒定的5V和3.3V输出，如图1所示。一旦V_BAT从冷启动状态恢复到8V以上，升压控制器便仅作为二极管通路工作。高压降压控制器可以处理高达42V的V_BAT。在图1中，低压降压控制器由OUT2供电，并在冷启动事件期间提供1.2V电压。

四路稳压输出，其中第四个轨配置为SEPIC

如果需要四路稳压输出，升压控制器可用作SEPIC转换器。图2显示LT8603配置了12V输出SEPIC转换器。12V输出为高压降压控制器供电。当 V_BAT攀升至24V以上时，例如在高压系统或双电池启动场景中，该设计可使控制器保持高效率运行。降压转换器在高电压和高频率下效率较低，并且会因热限制而导致输出电流较低。即使 V_BAT降至2V（轻载时），该电路仍能维持对所有四路输出的调节能力。SEPIC需要额外的电路来承受永久性输出到地短路情况。

升压通道由其中一个降压控制器供电

获得四路稳压输出的另一种方法是用其中一个高压降压稳压器的输出来驱动升压控制器，如图3所示。只要V_BAT高于高压降压控制器的最小输入电压，那么所有四路输出都能保持稳定。降压稳压器会限制升压转换器的最大电流，从而保护升压控制器免受短路影响，并限制逐周期电流。

利用电荷泵提供额外稳压输出

如图4所示，可将电荷泵电路添加到SEPIC电路中，以提供另一路稳压输出。图4显示了不同输入电压下的稳压曲线。类似地，可利用负输出电荷泵来产生负电压轨。

EMI 性能

LT8603使用两相时钟。通道1与通道2错相180°工作，这种设计可降低降压控制器的峰值输入电流，并有助于降低EMI。高密度电子元件需要精心平衡热性能和EMI性能。LT8603演示电路DC2114A展示了针对低EMI优化的布局，符合CISPR 25 Class 5峰值限制要求。图5显示了30MHz至1000MHz范围内采用垂直极化的辐射EMI结果。输入为14V，每个输出的负载为1A。图6所示为DC2114A的PCB布局。

图5. LT8603 DC2114A CISPR 25 Class 5辐射EMI， 30MHz 至1GHz

结语

LT8603将三个降压稳压器和一个升压控制器整合到一个微型6mm × 6mm QFN封装中，从而提供多功能且紧凑的电源解决方案。每个降压控制器都有内部电源开关、逐周期限流和跟踪/软启动控制功能。LT8603的同步整流拓扑可实现高达94%的效率。突发工作模式(Burst Mode^®)可使静态电流保持在30µA以下（所有通道开启），非常适合始终开启的系统。2V至42V的宽输入范围和灵活多样的功能，使LT8603非常适合汽车和其他要求苛刻的应用。