引言
在过去的10年里，汽车电子产品有了突飞猛进的发展，车载电子控制、导航以及娱乐系统不管是在数量上还是在精细程度上都有了显着的提高。今后，车载电子产品的发展有望进一步加速。据市场调研公司Allied Business Intelligence预测，全球汽车半导体市场的规模将从2003年的123亿美元增长至2007年的170亿美元以上。Strategy Analytics公司也持相似的观点，据该公司预测，汽车电子系统在车辆总成本中所占的比例将从目前的20% 飚升至2008年的30%。几个大发展趋势对汽车电子产品的这种高速成长起到了推波助澜的作用。在汽车系列的一端，诸如油门控制、制动和悬挂控制等众多传统上的机械系统目前均采用电子系统来进行控制和优化。而在另一端，LED照明、娱乐和无线导航正迅速成为非豪华型汽车的标准设备。所有这些系统均要求进行某种类型的电源管理，而且，它们所面临的电子技术挑战很多，与此同时，维持高可靠性也是极为重要的。
本文将重点探讨两大主要组成部分的成长，即目前以及下一代汽车中分布式电源和LED照明。这两个区段专业市场给汽车电子产品设计师和制造商均带来了新的挑战。了解这些挑战并找到可行的解决方案是最为重要的，因为与这些系统相关联的发展似乎是没有止境的。

分布式电源单元
在汽车的整个底盘上，存在着为数众多的分布式电源或"负载点"电源。这些电源单元（PSU）负责对12V（标称值为13.8V）的总线电压进行降压（或升压）操作，以便为大量的子系统供电。这些子系统包括远程信息处理/导航系统、电动座椅和电动车门、车身内部和外部照明以及电子刹车和引擎操控等。这些系统所要求的电源电压范围有可能从36V（用于某些LED应用）到1.2V（用于驱动低电压微处理器）-- 诸如导航设备等诸多系统也许需要在一个单元中采用8个以上的不同电压电平。视PSU在汽车电源总线上操作位置的不同，它有可能需要在功率要求非常苛刻的条件下运行。这些要求包括负载突降、冷车发动、轻负载条件下的极低功耗以及低噪声操作。此外，通常还要求解决方案的占位面积非常紧凑狭小，并具有较高的热效率。凌特公司正在不断壮大其专为满足上述苛刻要求而开发的产品系列。

负载突降条件（60V瞬变保护）
"负载突降"指的是电池电缆在交流发电机向电池充电的过程中发生断接的状态。当交流发电机试图对电池进行满充电时，电池电缆的这种突然断接会产生高达60V的瞬态电压尖峰。交流发电机上的瞬态电压抑制器通常会把总线电压箝位于36V至60V之间，并吸收掉大部分的浪涌电流。然而，交流发电机的下行DC/DC转换器将承受这些60V的瞬变尖峰电压。由于预料到这些转换器以及由它们供电的子系统均会在该瞬变事件发生期间以及之后执行操作，因此，至关重要的是DC/DC转换器应具备处理这一高电压（最大值为60V）瞬变的能力。可以采用多种能够在外部实现的保护电路（常常是抑制器），但这样会导致成本的增加，并占用宝贵的板级空间。凌特的多款高电压开关稳压器（包括LT3433、LT3434和LT1976）均能够承受高达60V的瞬变电压，并能够在不影响系统性能或可靠性的情况下维持输出的稳定。一般地，这些降压型或降压-升压型转换器将暴露于因充电/电池系统中的中断所引起的车用电池和交流发电机电压瞬变条件之下。

冷车发动条件
“冷车发动” 是一个在车辆引擎经受了一段时间的低温或冰点温度的情况下出现的情况。引擎润滑油变得非常粘滞，而且要求起动机电机提供更大的扭矩，而这反过来又需要从电池获得更多的电流。在点火时，该大电流负载会把电池/主总线电压拉低到4V，之后它一般将恢复至13.8V的标称值。当某些子系统在这种冷车发动的整个过程中都需要一个经过良好稳压的5V恒定输出时，就会发生上述问题。这些应用包括ECU、环境和应急系统微处理器，它们对于确保车辆的安全性以及可靠的性能是至关重要的。以往，人们是通过采用双电感器SEPIC（单端初级绕组电感器耦合）DC/DC转换器来满足这些要求的。SEPIC拓扑结构不利的一面在于其双电感器配置不仅成本昂贵、体积庞大，而且效率较低，约为70%。
凌特的LT3433高压降压-升压型DC/DC转换器是专门为给这种4V冷车发动环境提供一种效率更高效、结构更为紧凑的解决方案而开发的。该转换器尤其适用于12V汽车电池应用，能够在4V冷车发动至60V负载突降的电池输入电压范围内维持输出电压的稳定。桥式模式操作的门限约为8V，因此转换器将主要工作于降压模式（冷车发动状态除外）。在降压操作过程中，该转换器可在高达60V的输入电压条件下提供高至350mA的负载电流。当工作于13.8V的标称输入电压条件下时，该LT3433转换器可提供400mA的负载电流和高达82% 的效率。当输入电压降至8V以下时，转换器将变换至桥式操作模式以维持输出电压的稳定。由于LT3433的开关电流限值是固定的，因此，当工作于桥接模式时，转换器的负载能力下降。于是，当采用一个4V输入电压时，该转换器能够提供高达125mA的负载电流。该LT3433转换器不仅能够在大范围的DC输入电压条件下工作，而且还能够在输入瞬变期间维持严格的输出稳压。当承受一个用于模拟冷车发动条件，而持续时间为1ms的13.8V至4V输入瞬变时，125mA负载电流条件下的输出稳压波动范围被维持在1% 以内。

用于“始终接通”系统的低供电电流
    随着新型导航、安全和"始终接通"电源系统在汽车中的应用和普及，对电池的需求日益增加（即使在点火装置关闭的情况下也不例外）。总的说起来，用于维持"始终接通"处理器电压所需的数百毫安供电电流有可能在几周之内便将电池电量耗尽。例如，在经历了一次漫长的商务旅行之后，高档豪华型汽车的引擎有可能无法发动。为了在不显着增加电子系统的外形尺寸和复杂性的情况下延长电池的使用寿命，必需大幅度地减小静态电流。直到最近，对于DC/DC转换器而言，高输入电压能力和低静态电流这两项要求还是互斥参数。如果车用高电压降压型转换器需要2_10mA的供电电流，当采用了多个这样的转换器以及诸如ABS刹车等强制"始终接通" 的系统时，再加上来自电动车窗以及众多其它"始终接通"系统的漏电流，则将会导致电池储能的实质性耗尽。
    为了更好地应对这些要求，多家汽车制造商为每个"始终接通"DC/DC转换器制定了一个100μA的低静态电流目标。直到最近，系统制造商仍然需要将一个低静态电流LDO与一个降压型转换器并联，并且每当车辆停驶时都将从该转换器切换至一个电流低得多的LDO。这样形成的解决方案不仅成本昂贵、体积庞大，而且效率较低。凌特推出的60V、＜100μA降压型DC/DC转换器系列（如表1所列）为"始终接通"问题提供了一种外形结构和效率均有大幅度改善的解决方案。
表1  凌特公司的高电压、低静态电流稳压器
器件型号
器件架构
VIN 范围
ISW
(A)
频率
IQ
((A)
封装
LT3010
高电压LDO
3.5 至 80V
0.05
不适用
30
MS8E
LT3437
降压型稳压器
3.3 至 80V
0.20
200kHz
100
DFN
LT3438
降压型稳压器
3.3 至 80V
0.20
500kHz
100
DFN
LT1934
降压型稳压器
3.3 至 34V
0.40
COT*
12
ThinSOT
LT3433
降压-升压型
稳压器
4 至 60V
0.50
200kHz
100
TSSOP-16E
LT1976
降压型稳压器
3.3 至 60V
1.50
200kHz
100
TSSOP-16E
LT1977
降压型稳压器
3.3 至 60V
1.50
500kHz
100
TSSOP-16E
LT3434
降压型稳压器
3.3 至 60V
3.00
200kHz
100
TSSOP-16E
LT3435
降压型稳压器
3.3 至 60V
3.00
500kHz
100
TSSOP-16E
* 恒定关断时间
LT3434是一款高压、突发模式（Burst Mode(r)）操作、降压型开关稳压器，可将静态电流维持在100μA以下。其典型应用示于图1，最终的供电电流和效率曲线分别示于图2和图3。LT3434可在3.3V至60V的VIN范围内工作，从而使其成为大多数汽车应用中常见的负载突降和冷车发动条件的理想选择。其3A内部开关能够在低至1.25V的电压条件下提供高达2.5A的连续输出电流。它所具有的超低静态电流使其成为诸如汽车系统等采用"始终接通"系统并要求延长电池使用寿命的应用之理想选择。LT3434因其采用了散热增强型TSSOP封装和200kHz开关频率而保持了较小的外部电感器和电容器尺寸，从而提供了一种占位面积紧凑狭小且散热效率很高的解决方案。
图1  具有100μA无负载静态电流的14V至3.3V降压型转换器
图2  LT3434供电电流与输入电压的关系曲线
图3  LT3434效率与负载电流的关系曲线
LT3434采用了一个高效3A、0.1Ω开关，并将必需的振荡器、控制和逻辑电路集成在了单块硅片中。特殊的设计技术以及一种新型高电压工艺的运用实现了宽输入电压范围内的高效率，而其电流模式拓扑结构则实现了快速瞬态响应和极佳的环路稳定性。另外，还在一个很宽的输出电流范围内对效率进行了优化，采取的方法是在低电流条件下运用突发模式操作、利用输出来给内部电路施加偏压以及采用一个电源升压电容器来使电源开关完全饱和。

LED照明
白炽灯泡是最为经济的光源，因此仍然是最常用的标准照明源。然而，随着可用照明空间的日益减小以及对照明光源使用寿命、灯光色彩和设计的要求的不断提高，人们越来越希望采用LED。即使是传统的CCFL TFT-LCD背光源应用也正在逐渐被白光LED阵列所取代。汽车前灯是唯一的例外。在可以预见的将来，汽车前灯将采用卤素/氙灯丝设计，但其余的许多车身内部/外部和背光源应用都将逐步过渡为采用LED。LED使用率的不断攀升有诸多优点。首先（也许是最重要的一点），它永远不需要更换，因为其固态寿命比汽车的使用寿命还要长。这使得汽车制造商能够布设永久性的车舱嵌入式照明光源，而无需留有用于更换灯丝灯泡的通路。LED的其它特点还包括低功耗和极小的安装空间。图4示出了一辆现代化轿车中的众多LED照明应用。在汽车内部，设有多个采用了各类LED的标准车内照明模块。有的是单个LED，而其它的应用则需要采用一个阵列。另外，在车身外部照明中，LED的使用率也在迅速提高。例如，Audi的2004 A8型车就采用了一个高电流LED（基于Luxeon）用于驱动照明灯。同样，即使在最普通的轿车或摩托车上，配备用于刹车/转向信号照明装置的彩色LED阵列也是司空见惯。
图4  LED照明在现代化汽车中的典型应用

用于导航显示器的LCD TFT背光照明
过去，汽车上的大屏幕（对角线尺寸为6_9英寸）TFT-LED都是采用CCFL（冷阴极荧光灯）来进行背光照明的。采用CCFL会带来诸多问题。首先，驱动CCFL所需的高电压电源不仅体积庞大，而且相当复杂。其次，CCFL灯泡本身的体积也比较大，且易发生故障。由于它位于照明装置之内并嵌入在导航系统之中，所以一旦CCFL发生故障往往需要更换整个昂贵的照明装置。
与之相反，白光LED阵列则是一种结构更加紧凑、可靠性更高的背光照明解决方案。由于功率调理电路较为简单而紧凑，因此外形尺寸较小。LED及其电源的固态特性将令其使用期限轻松超越车辆的寿命。应该注意到这种背光照明方案所具有的极高效率（高达83%）将降低对散热的要求，这一点也是很重要的。
凌特推出的LT3466是一款双信道全功能升压型DC/DC转换器，专为以一个恒定的电流来驱动多达50个白光LED（每个转换器最多可以驱动25个串联的LED）而设计。采用LED串联的方式能够提供相等的LED电流，从而获得均匀的亮度，并且免除了增设镇流电阻器以及进行代价高昂的出厂校准之需。两个独立的转换器能够驱动不对称的LED串。两个LED串的调光控制也可单独进行。LT3466是为汽车应用中的远程信息处理/导航显示器提供背光照明的理想选择。
可以利用一个外部电阻器将LT3466的工作频率设定在200kHz至2MHz的范围之内，设计师因而能够使开关噪声远离关键AM频段。其它功能还包括LED断接时的输出电压限制以及内部软起动。

结语
    当今/未来汽车中专用性极强的电子子系统的快速增长以及LED照明的采用产生了对汽车应用中电源IC的苛刻性能要求。视电源在汽车电源总线上运作位置的不同，它们有可能承受负载突降和冷车发动条件。LED驱动器需要提供一个恒定的电流源，以便维持均匀的亮度（这与输入电压或LED正向电压变化无关），并实现最高的工作效率。这两种应用均要求其各自的DC/DC转换器提供占位面积非常紧凑、且散热效率很高的解决方案。面对这些汽车设计挑战，凌特迎难而上，开发出了一个旨在满足上述苛刻要求的完整电源管理产品系列，这样，系统电源设计师在选择其功率转换解决方案时就能够轻松地做出决定。