datasheet

Silent Switcher 2 稳压器令人印象深刻的 EMI 性能

2018-10-26来源: 互联网关键字:Silent  Switcher

满足 CISPR 25 Class 5 EMI 限制要求并适合狭小的安放空间

Hua (Walker) Bai、Dong Wang 和 Ying Cheng

Analog Devices

 

随着汽车中电子系统数量的成倍增加,车内产生电磁干扰的风险也大幅升高了。因此,新式车辆中的电子产品常常必须符合 CISPR 25 Class 5 EMI 测试标准,该标准对传导型和辐射型 EMI 发射做了严格的限制。由于其本身的性质,开关电源充斥着 EMI,并在整个汽车中“弥漫扩散”。如今,低 EMI 与小的解决方案尺寸、高效率、散热能力、坚固性和易用性一起,成为了对汽车电源的一项关键要求。Silent Switcher 2 稳压器系列可满足汽车制造商严格的 EMI 要求,同时拥有紧凑的尺寸以及集成化 MOSFET 和高电流能力。

 

已获专利的* Silent Switcher 技术在高频、高功率电源中实现了令人印象深刻的 EMI 性能。作为这项技术的下一代,Silent Switcher 2 简化了电路板设计和制造,其所采取的方法是把热环路电容器纳入到封装中,因此 PCB 布局对于 EMI 的影响极小。

 

 

SILENT SWITCHER 2 稳压器为 SOC 供电

 

当今 (及未来) 车辆上所使用的片内系统 (SOC) 器件与前几代同类产品几乎没有什么相似之处。信息娱乐系统和车辆安全系统之特性和功能的指数性增加迫切要求 SOC 处理数据的速度比过去提高几个数量级,包括以极少的延迟处理来自多个信号源的高分辨率视频数据。例如,倘若汽车的前置摄像头“看到”了某种危险,则汽车必须立刻做出响应,要么提醒驾驶者注意,要么刹车制动。为了满足最新的计算需求,SOC 在其封装中集成了越来越多的高耗电器件,可是,将怎样提供这些所需的功率呢? 在汽车中,功率输送方案必须具有高效、紧凑和低 EMI 的特点。SOC 增加的需求使得它们更难以满足。

 

比如,一个 R-Car H3 SOC 包含 8 个 ARM 内核、DSP、视频和图形处理器、以及辅助的支持器件。所有这些组件均需要可靠的电源,包括三个用于外设和辅助组件的电源轨 (5V、3.3V 和 1.8V)、两个用于 DDR3 和 LPDDR4 的电源轨 (1.2V 和 1.1V)、和另一个用于内核的电源轨 (0.8V)。

 

为了支持 SOC 所需的电流水平,具有外部 MOSFET 的开关电源控制器是优先于单片式电源器件的传统选择方案。单片式器件因其内部 MOSFET 最大限度缩减了成本和解决方案尺寸而引人注目,但是它们在传统上受限的电流能力和存在的热问题则通常限制了其使用。LT8650S 和一个新的单片式降压型 Silent Swicther 稳压器系列拥有支持 SOC 的电流能力和热管理特性。

 

由于具备高效率和热管理特性,因此 Power by Linear™ LT®8650S、LT8609S 和 LT8645S 的输出电流能力比典型单片式稳压器高得多。3V 至 42V (对于 LT8645S 则为 65V) 的输入电压范围涵盖了汽车电池的各种电量条件。这些单片式 IC 具有集成的 MOSFET,并能以高于 2MHz 的频率运行,因而缩减了解决方案尺寸和成本,同时避开了 AM 频段。Silent Switcher 稳压器专为最大限度降低 EMI 而设计,从而使其成为适合 SOC 的一种热门选择。

 

 

双输出:5V/4A 和 1V/4A

 

图 1 示出了一款双输出 (2MHz 5V/4A 和 1V/4A) 解决方案,其采用了 LT8650S 的两个通道。这款电路可容易地进行修改以适合其他的输出组合,包括诸如 3.3V 和 1.8V 或 3.3V 和 1.1V 等,以利用 LT8650S 的宽输入范围。LT8650S 还可用作第一级转换器,后随用于提供更多输出的各种较低功率第二级开关稳压器或 LDO 稳压器。

 

 

 

图 1:采用 LT8650S 两个通道的双输出 (5V/4A 和 1.0V/4A) 解决方案

 

 

LT8650S 运用了可消除 EMI 的 Silent Switcher 2 设计,具有集成的热环路电容器,旨在最大限度减小噪声天线尺寸。结合集成化 MOSFET,这实现了异常优越的 EMI 性能。

 

 

 

 

图 2:适合 SOC 应用的 4 相、3.3V/16A、2MHz 解决方案

 

 

适用于 SOC 的 16A 解决方案

 

图 2 示出了一款用于提供 SOC 电源的 3.3V/16A、四相解决方案。图 3 示出了辐射 EMI 测试结果。

 

         

 

图 3:图 2 所示解决方案的辐射 EMI 测试结果

 

 

另外,汽车 SOC 还对电源负载瞬态响应有着极高的要求。外设电源的负载电流转换速率达到 100A/µs (内核电源则更高) 的情况并不少见。无论负载的变化情况如何,电源都必须最大限度减小输出电压瞬变。快速开关频率 (比如 LT8650S 系列能达到 2MHz) 有助于加快瞬变恢复的速度。在采用正确环路补偿的情况下,较快的开关频率对应于较快的动态响应。图 2 给出了适合的组件值。在电路板布局中,应尽量地减小从电路的输出电容器至负载的走线电感,这一点也是至关紧要的。图 4 给出了图 2 所示解决方案的瞬态测试结果。

 

 

 

图 4:图 2 所示解决方案的负载瞬态响应

 

 

 

针对较低功率应用的高效率、紧凑型解决方案

 

除了诸如 SOC 和 CPU 等低电压、高电流应用之外,汽车和其他车辆还需要用于众多低电流负载的电源,例如:仪表板、平视显示器、车联网 (V2X)、传感器、USB 充电器,等等。

 

由于可用空间和电池电量受限,因此对于电源转换器来说,高效率和小解决方案尺寸是最重要的要求。低噪声是前提条件。LT8609S 是一款针对所有这些应用的合适解决方案。该器件设计了针对汽车电池条件的 3V 至 42V 输入电压范围。集成的 MOSFET、内置的补偿电路和 2MHz 的工作频率最大限度减小了 LT8609S 解决方案尺寸。在 LT8609S 中运用了Silent Switcher 2 技术和集成型热环路电容器,以尽量地降低噪声电平并提供优异的效率指标以及卓越的 EMI 性能。图 5 示出了采用 LT8609S 的 2MHz、5V/2A 应用。

 

 

图 5:采用 LT8609S 的 2MHz 5V/2A 应用

 

 

图 6 示出了一款安置在两层电路板上的完整 LT8609S 稳压器。LT8609S 的集成型 MOSFET 和内置补偿电路把组件数目减少为器件本身和少量的外部组件。再加上高速开关频率,该典型应用的核心解决方案总体尺寸仅为 11.5mm x 12.3mm。

 

 

image.png

 

图 6:LT8609S 两层电路板的小解决方案尺寸

 

 

降低解决方案成本的一种方法是尽量减少所需的 PCB 层数,但是这需要以牺牲性能为代价是可以预料到的。例如,就所实现的 EMI 性能而言,两层电路板解决方案与四层电路板解决方案预计是不等同的。图 7 中的 EMI 测试结果显示:采用两层电路板的 LT8609S 可满足 CISPR 25 Class 5 EMI 辐射限制要求。对采用两层和四层电路板的等效解决方案之 EMI 性能进行了比较。

 

 

 

 

            

 

图 7:(a) 采用一块两层电路板的 LT8609S 之平均辐射 EMI 测试结果显示了在启用扩展频谱频率调制功能时以进一步降低 EMI 的情况。(b) 装有 LT8609S 的两层和四层电路板的峰值辐射 EMI 性能比较。

 

 

一般来说,Silent Switcher 2 技术可在采用两层甚至单层电路板的情况下获得极佳的 EMI 性能,因而能够极大地降低制造成本。

 

当使用的电路板层数较少时,热性能通常是一个让人担心的问题,但是在采用 LT8609S 时情况则不是这样。Silent Switcher 2 技术的低噪声电平和高效率具有的优势是开关转换产生的功率损耗很低。这与增强型散热封装相结合,使 LT8609S 展现出骄人的热性能。图 8 示出了两层电路板和四层电路板之间的热性能对比。由图可见,对于 12V 电池输入,LT8609S 在满负载条件下工作时的温升差异小于 11°C。

 

 

 

         

 

 

图 8:装有 LT8609S 的两层和四层电路板的热性能比较。

 

 

面向 48V 汽车系统的 SILENT SWITCHER 2 解决方案

 

传统车辆采用 12V 电池以为点火、照明、音频和信息娱乐电子设备、安全功能装置及其他系统供电。不幸的是,12V 汽车系统的供电能力被限制在 3kW,而数量庞大的汽车电子产品对这道“界限”发起的挑战日益增多。

 

这个问题,再加上电动汽车和自动驾驶系统的出现,对功率输送规范提出了挑战,汽车行业随之将转向 48V 电池电源作为一种解决方案。与 12V 电气系统相比,48V 电气系统在功率需求很高的情况下可降低配电损耗,从而改善整体效率。

 

在 48V 系统中,对 DC/DC 转换器提出的挑战是必需保持与 12V 系统相似的转换效率、尺寸和低 EMI,而此时,高降压比使得这些规格指标的满足更加困难。由采用 48V 电池电源产生的好处不应在 DC/DC 转换过程中白白丢失。能够以 2MHz 频率运行以避免干扰 AM 频段的单片式开关稳压器非常适合 48V 汽车电气系统,只要它们能高效地做到这一点就行。

 

能够接受 48V 标称输入的单片式降压型稳压器数量有限,它们大多支持小于 5A 的负载电流。LT8645S 单片式降压型稳压器可依靠高达 65V 的输入电压支持 8A 负载。其 40ns 的最短接通时间 (TON) 和快速干净的开关边沿 (图 9) 可实现高开关频率和高效率 (在 2MHz 时高达 94%)。

 

 

 

图 9:单片式 Silent Switcher 器件采用 MOSFET 驱动器设计,可产生快速、干净的开关边沿。这实现了高效率,即使在高频操作情况下也不例外。另外,创新的驱动器还最大限度减少了过冲,并抑制了振铃,而在采用其他驱动器时这些将成为产生 EMI 的一个来源。

 

 

集成化补偿电路和旁路电容器最大限度减小了总体解决方案尺寸,并简化了低 EMI 布局。利用一个简单的铁氧体磁珠滤波器,LT8645S 能够通过 CISPR 25 Class 5 EMI 规格限制,并留有裕度。

 

图 10 示出了采用 LT8645S 的超低 EMI 2MHz、5V/8A 应用。图 11 示出了 LT8645S 的效率,图 12 显示了 LT8645S 解决方案尺寸。

 

 

 

图 10:采用 LT8645S 的超低 EMI 5V/8A 应用

 

 

 

 

图 11:用于该超低 EMI 解决方案时的 LT8645S 效率

 

 

 

 

图 12:LT8645S 演示电路的小解决方案尺寸

 

 

LT8645S 拥有支持高降压比的非凡能力,甚至当工作在高开关频率时也是如此,这得益于其 40ns 的最短接通时间。例如,LT8645S 能在 1MHz 开关频率下从一个高达 30V 的输入产生 1.8V 输出。如果跳过某些开关周期是可以接受的,那么输入可升高至 65V 的绝对最大额定值。

 

当输出低于 3.1V 时,LT8645S 的 BIAS 引脚应连接至一个高于 3.1V 的外部电源以改善效率。如果没有这样的电源可用,则将 BIAS 引脚连接至 GND。图 13 示出了一款可在65V 输入瞬变情况下正常工作的 1MHz 1.8V/8A 解决方案。

 

 

 

 

图 13:采用 LT8645S 的 1MHz 1.8V/8A 应用电路能承受高达 65V 的输入瞬变

 

 

除了低 EMI、可在高频条件下实现高效率、并具有宽输入电压范围之外,LT8645S 的特点还包括超低静态电流和低压差。在闲置状态下,超低的静态电流能够延长电池运行时间。低压差特性对于在冷车发动情况下持续运作是至关紧要的。

 

 

结论

 

Silent Switcher 和 Silent Switcher 2 稳压器可满足汽车环境苛刻的 EMI 辐射要求。请见表 1 罗列的 Silent Switcher 器件,其中包括本文介绍的几款产品。

 

在本文着重介绍的器件中,LT8650S 双通道同步单片式 Silent Switcher 2 稳压器为 SOC 应用提供了宽输入电压范围、优异的 EMI 性能和小的解决方案尺寸,同时还可提供多个高电流输出和快速瞬态响应。LT8609S 同步单片式 Silent Switcher 2 稳压器提供了宽输入电压范围、低静态电流、卓越的 EMI 性能、小的解决方案尺寸和高效率,该器件能够容易地满足当今汽车中无处不在的电源系统之要求。LT8645S (输入至 65V) 可构成适合 48V 汽车系统的紧凑型低 EMI 解决方案。

 

表 1。低 EMI Silent Switcher 和 Silent Switcher 2 (“S”)同步降压型稳压器。对在本文中描述的器件做了突出显示。

 

器件

输出的
数量

VIN 范围

输出电流

峰值效率

IQ

特点

封装

LT8650S

2

3V ~ 42V

在两个通道上提供4A + 4A
或在任一个通道上提供 6A

94.60%

6.2µA

Silent Switcher 2

6mm x 4mm × 0.94mm LQFN

LT86545S

1

3.4V ~ 65V

8A

94%

2.5µA

Silent Switcher 2

6mm x 4mm × 0.94mm LQFN

LT8643S

1

3V ~ 42V

6A (连续)
7A (峰值)

95%

120µA

Silent Switcher 2,
外部补偿

4mm x 4mm × 0.94mm LQFN

LT8640S

1

3V ~ 42V

6A (连续)
7A (峰值)

95%

2.5µA

Silent Switcher 2

4mm x 4mm × 0.94mm LQFN

LT8609S

1

3V ~ 42V

2A (连续)
3A (峰值)

93%

2.5µA

Silent Switcher 2

3mm x 3mm x 0.94mm LQFN

LT8641

1

3V ~ 65V

3.5A (连续)
5A (峰值)

94%

2.5µA

Silent Switcher

3mm × 4mm 
QFN-18

LT8640,LT8640-1

1

3.4V ~ 42V

5A (连续)
7A (峰值)

95%

2.5µA

Silent Switcher ,
脉冲跳跃模式操作(LT8640),
强制连续模式操作(LT8640-1)

3mm × 4mm 
QFN-18

LT8614

1

3.4V ~ 42V

4A

94%

2.5µA

Silent Switcher
低纹波突发模式
(Burst Mode®) 操作

3mm x 4mm 
QFN-18



关键字:Silent  Switcher

编辑:muyan 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/2018/ic-news102624028.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。

上一篇:2019款捷恩斯G70搭载全球首款3D仪表板显示屏
下一篇:现代摩比斯研发全球首个高级自适应远光照明系统 可与ADAS相连

关注eeworld公众号 快捷获取更多信息
关注eeworld公众号
快捷获取更多信息
关注eeworld服务号 享受更多官方福利
关注eeworld服务号
享受更多官方福利

推荐阅读

TRINAMIC 推出全新TMC5160 SilentStepStick新型分线板

2019年3月25日 ,德国汉堡TRINAMIC 运动控制公司推出了一款采用TMC5160的新型分线板。优于市场上所有其他StepSticks,TMC5160 SilentStepStick可在35V时驱动高达3A相电流的电机。 “SilentStepSticks彻底改变了3D打印行业,使3D打印机保持静音,”Trinamic市场总监Jonas P. Proeger解释说:“凭借功能更强大的TMC5160 SilentStepStick,制造商可以轻松地扩大打印机规模或改造其CNC路由器或雕刻机。” TMC5160 SilentStepStick不仅通过更强大的解决方案扩展了产品系列,它还比以前
发表于 2019-03-25
TRINAMIC 推出全新TMC5160 SilentStepStick新型分线板

ADI 推出同步降压型 Silent Switcher 2

开关稳压器使用输出级,重复切换“开”和“关”状态,与能量存贮部件(电容器和感应器)一起产生输出电压。它的调整是通过根据输出电压的反馈样本来调整切换定时来实现的。中国北京 – 2018 年 6 月 21 日 – Analog Devices (ADI) 宣布推出 Power by Linear™ LT8642S,这是一款 10A、18V 输入同步降压型开关稳压器。其 Silent Switcher® 2 架构采用两个内部输入电容器以及内部 BST 和 INTVCC 电容器,以最大限度减小热环路面积。LT8642S 具有受控的开关边沿以及用铜柱代替接合线的内部结构和整体接地平面,因而极大地降低了 EMI 辐射。这种更好的 EMI 性能
发表于 2018-06-21
ADI 推出同步降压型 Silent Switcher 2

CEVA 和Silentium公司宣布为耳机和听觉产品提供低功耗的方案

CEVA 和SilenTIum公司宣布,两家企业已经合作为耳机和听觉产品提供低功耗的主动噪声消除解决方案。CEVA和SilenTIum在1月9日至12日在美国拉斯维加斯举行的2018国际消费类电子产品展览会(CES)上展示基于该解决方案的耳机参考设计。对于不断寻求提升无线耳机、耳塞和听觉设备体验的消费者,主动噪声消除是必备功能。耳机芯片开发人员需要一个灵活的解决方案来满足特定的产品需求,而SilenTIum基于软件的算法与CEVA的可编程DSP相结合,在便携式产品的严格功率预算内提供了这种灵活性。这款解决方案基于CEVA-TeakLite-4实施了SilenTIum广受好评的宽带P2P 主动噪声消除技术,增强了个人音频体验
发表于 2018-05-02
CEVA 和Silentium公司宣布为耳机和听觉产品提供低功耗的方案

CEVA和Silentium合作为CEVA-TeakLite DSP提供主动主动噪声消除方案

CEVA,智能和互联设备的信号处理IP授权许可厂商 (纳斯达克股票交易所代码:CEVA) 和主动噪声消除(Active Noise Cancellation)技术和自适应声音管理解决方案领先供应商Silentium公司宣布,两家企业已经合作为耳机和听觉产品提供低功耗的主动噪声消除解决方案。CEVA和Silentium在1月9日至12日在美国拉斯维加斯举行的2018国际消费类电子产品展览会(CES)上展示基于该解决方案的耳机参考设计。如要在CEVA的私人会议室安排演示,请发送邮件至sales@ceva-dsp.com。 对于不断寻求提升无线耳机、耳塞和听觉设备体验的消费者,主动噪声消除是必备功能。耳机芯片开发人员
发表于 2018-01-12

Silent Switcher 2 在 2MHz 提供 94% 效率并具超低 EMI 辐射

亚德诺半导体 (Analog Devices, Inc.,简称 ADI) 旗下凌力尔特公司 (Linear Technology Corporation) 推出双通道 4A、42V 输入同步降压型开关稳压器 LT8650S。其独特的 Silent Switcher® 2 架构使用了 4 个内部输入电容器以及两个内部 BST 和单个 INTVCC 电容器,以最大限度减小热环路面积。LT8650S 具有控制非常良好的开关边沿以及用铜柱代替接合线的内部结构和整体接地平面,其设计极大地降低了 EMI 辐射。这种改进的 EMI 性能对 PCB 布局不敏感,从而简化了设计,降低了风险,甚至在使用两层 PC 板时也不例外。LT8650S
发表于 2017-10-17
Silent Switcher 2 在 2MHz 提供 94% 效率并具超低 EMI 辐射

TI推出业界最小封装和最高效率的SIMPLE SWITCHER®同步转换器

2018年6月12日,北京讯 —— 德州仪器(TI)(NASDAQ: TXN) 近日宣布推出两款采用超小型Hot Rod™ QFN封装的宽输入电压同步SIMPLE SWITCHER® DC/DC降压稳压器。高集成度的3A LMR33630和2A LMR33620降压转换器具有业内最佳的满载效率(92%),专用于严苛并对可靠性有高要求的工业电源;同时,开关频率最高可至2.1 MHz。这两款转换器与TI的WEBENCH®电源设计工具配合使用,不仅可以简化功率转化,还可以加速设计进程。 3.8V至36V的LMR33630和LMR33620降压稳压器采用3mm×2mm的散热增强型封装。这款小巧的HotRod™ QFN封装
发表于 2018-06-13
TI推出业界最小封装和最高效率的SIMPLE SWITCHER®同步转换器

小广播

电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2019 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved