宽负载汽车电子系统降压稳压器满足待机需要

1、宽负载汽车电子系统降压稳压器满足待机需要早期的汽车惟独时钟是属于必需长久开启的电予零件。但多年来，汽车不断添加新的电于装置并引进新的技术，因此，必需长久开启的电子系统不断增强。目前，先进的驾驶员信息系统以及消遣、远程信息系统已成为豪华轿车的标准配置。这些系统必需长久开启，以确保汽车闲置不用时，其中的数据不会走失。设计系统的工程师必需留意汽车电子系统的功耗，尤其是负载极低但必需长久开启的电子系统，并确保这类系统的累加功耗可以减至最少。长久开启的电子系统虽然本文主要研究汽车电子系统，但市场上许多其他电子装置也需要配备长久开启的功能，例如利用电池供电的电子装置，其中包括便携式医疗设备(例如胰岛素输送

2、泵)或配备后备电池的，便属于这类必需长久开启的电子设备。上述电子装置都有一个共通点，那就是：系统即使已转用待机模式，仍需继续执行一些基本的功能。轻载系统的效率越高，电池的寿命便越长。因为待机时光要进一步延伸，因此耗电量也随着增强，尤其是采纳全功率工作模式时，系统的耗电量大增。因此，这类系统的待机模式及全功率工作模式普通都会从不同的供电干线分离获得供电。换言之，即使不同干线的供电彻低相同，系统的设计也会各不相同。让负载范围较广的系统发挥更高的效率向来以来，长久开启的5v电源都采纳静态(iq)极低的线性低压降稳压器。为了满足低电压工作的要求，越来越多的厂商纷纷调低其产品的工作电压。长久开启的供电系

3、统也必需顺应这个潮流。许多供电系统已采纳低至3.3v的电压，估量在不久的未来，这类低压供电系统会越趋普及，而供电电压很有可能进一步降低至2.5v或以下。但因为系统所需的整体供电量不断升高，因此，负载电流不降反升。正因如此，低压降稳压器无数时候无法满足要求。因为低压降稳压器的效率极低，因此负载电流越高，功率耗散也就越大，令低压降稳压器濒临越来越大的挑战。无论输出电流有多少，低压降稳压器的最高效率都不会超过27.5(输入电压12v，输出电压3.3v，最高效率：3.3v12v=27.5)。这一公式并未将低压降稳压器的供电电流计算在内。若将此一并计算，实际的效率会更低。目前，无数低静态电流低压降稳压器

4、都可参照负载电流的大小来调整偏置电流。例如，若负载电流较低，偏置电流便会降至最低，以确保最高效率，但这样会减慢稳压速度。若负载相当高，稳压器便会提高偏置电流，以确保抱负的负载瞬态响应。因为系统的整体设计越趋复杂，低静态电流供电系统为不同负载提供的总电流量便持续升高，这是一个无法避开的趋势。 此外，市场上虽然有许多低静态电流、高输入电压的低压降稳压器解决计划，但大部分计划的最高输出电流都不超过100ma。即使这些解决计划可以提供较高的输出电流，系统功耗也随之增强，使问题变得更为复杂。开关稳压器解决计划要解决上述问题，可以考虑采纳开关式电源解决计划，这样可以解决高输出电流的效率问题。但即使解决了旧

5、问题，新的问题又会浮现，例如轻载的设计会产生许多其他问题。大部分采纳开关式电源解决计划的汽车电子系统都采纳开关频率同定不变的控制设计。pwm控制办法的主要优点是电磁兼容性()的表现较简单精确预测，而且需要时可以根据设定的开关频率优化全部滤波功能。但pwm模式也有其局限，例如在轻载的状况下，效率不抱负。脉冲频率调制模式另一种解决计划是采纳脉冲频率调制(pfm)的控制办法，其特点是开关频率可以随负载电流而转变。换言之，负载电流越低，开关频率也就越低，这样可大幅削减轻载电流所产生的开关损耗。此外，开关稳压器的功耗也会削减，由于这种稳压器的设计较为容易，而体积也较小。系统也可以在更宽的负载范围内发挥更

6、高的效率，但负载若降至临近最低的极限，以致电流低于1ma，效率便未必这么抱负。另一个缺点是因为开关频率并不固定，电磁兼容性的表现便较难预测，甚至需要投入更多资源充实设计。因此，汽车电子系统很少采纳这种解决计划。磁滞控制利用磁滞举行控制是另一种较为可行的解决计划。像pfm模式一样，即使在轻载的工作状况下，系统也可调整开关频率，例如频率会随着负载的削减而下降。因此，负载越低，效率越高，这是它的优点。但在高负载工作状况下，系统的开关频率则取决于不同的元件参数及工作状况。例如，输入电压、负载电流、值、输出器以及等效串联对开关频率都有很大的影响。 上述参数的数值大部分都会随着温度的变幻而变动。若将这些因

7、素加在一起，开关频率及电磁兼容性的表现会变得更难预测。脉冲模式只具有脉冲模式的开关稳压器则采纳另一种极为容易的控制办法，这个计划的占空比很固定。换言之，开关频率是恒定的，而且稳压器可在较宽的负载范围内保持较高的效率。我们必需为开关稳压器设定工作条件，确保芯片即使在最高负载及最低输入电压的工作状况下仍可充分发挥其性能。开关节点的波形无论处于囫囵工作范围内的哪一位置，都很像已举行100调制的振幅调制信号。调制频率的凹凸取决于输入电压及负载电流，而且调制后的频率可能会产生低频噪声，例如会令等模拟系统产生谐波及错误。因此，即使采纳固定开关频率，电磁兼容性及模拟系统的性能都较难预测，所以，该计划也不抱负

8、。抱负的结构以上的各种开关稳压器都无法在最宽的负载范围内充实系统的效率，因此其成效都不够抱负。看来，抱负的解决计划必需集合上述各计划的优点，才可确保系统在最宽的负载范围内发挥最高的性能。这款抱负的芯片应具备以下的优点：·设有脉冲模式，可以在负载较低时维持较高的效率。·停止开关工作时，偏置电流会下降，以便进一步提高轻载工作的效率。 ·设有pwm模式，确保系统可在正常负载下符合电磁兼容性的最严格规定。·开关频率可以同步及加以调整，确保设计更具灵便性。lm26001lm26001是一款单芯片的开关稳压器，其特点是集以上各优点于一身，最适用于效率要求较高而又必需

9、设有低功率待机模式的系统。最重要的一点是，这款稳压器可以延续不断地提供1.5a的输出电流。因为低电流睡眠模式的静态电流低干40a(典型值)，因此，即使负载极低，系统也可维持极高的效率。这款开关稳压器采纳电流模式的pwm控制办法，可以在宽的输入电压范围内提供高度精确的稳压输出。这款芯片适用于4.0v38v之间的宽输入电压范围，甚至在线路瞬态期间仍可利用低至3v的输入电压工作。工程师只需利用一个电阻，便可调校工作开关频率(150khz500khz)，甚至将开关频率调校至与外置时钟同步。部分系统必需通过调谐功能将开关频率调校至用法中的频带范围之外。对于这类应用来说，上述的同步功能便显得尤其重要。此外

10、，也有部分系统采纳多个并行衔接的开关稳压器。对于这类应用来说，同步功能可以缓解输入所承受的压力。除了电流模式pwm开关稳压器的各组典型电路，lm26001还包括额外添加的功能块，例如睡眠复位、睡眠设定、fpwm睡眠控制以及开关控制等都是以上所说有助于降低静态电流的功能块。睡眠模式睡眠模式基本上有两个工作周期，开关时，芯片会进入脉冲工作周期，停止开关时，芯片则会进入低静态电流工作周期。换言之，这款开关稳压器可以在睡眠与正常工作这两种模式之间自动切换。若负载较低，反馈引脚(fb)电压便会升高，而补偿引脚(comp)电压则会下降。若补偿引脚电压下降至0.6v的钳位电压阈值，而反馈引脚电压升高至超过其

11、额定值的1，睡眠模式便会启动，而开关工作则会停止(睡眠设定功能块)。稳压器进入睡眠模式之后，便会处于睡眠状态，直至反馈引脚电压下降至复位阈值(睡眠复位功能块)，芯片便会复原开关工作。fpwm睡眠控制功能块负责监控全部信号。这个1反馈引脚窗口可将相关的输出纹波振幅限定在额定输出电压的1之内。因为lm26001并非挺直测量负载电流，而是间接通过补偿引脚电压举行测量，因此，打算选用睡眠还是正常工作模式所依据的阈值会随着开关频率、电感值及占空比的变动而上下波动。即使如此，pwm模式的最轻载也会低无数。因为电磁兼容性更抱负(即pwm超脉冲串)，因此，输出电流可以进一步调低。为了充分利用这个优点，lm26001芯片设有强制pwm(即fpwm)输入引脚，让微控制器可以命令lm26001必需采纳pwm模式工作。设计的成败取决于成本效益，但在个别状况下(例如射频系统正在工作)，这是较为抱负的挑选。此外，若系统正预备全功率工作，以强制方式命令lm26001芯片必需采纳pwm模式工作不失为较好的挑选，由于这样可确保负载瞬态响应更为抱负。若芯片被逼采纳pwm模式工作，而负载则下降至极低的水平，芯片便会进入睡眠模式，以确保输出不会浮现过压。更低的偏置电流进入睡眠模式之后，芯片会关闭全部无需工作的功能块，以减低耗电量。此外，若偏