高級駕駛輔助系統(tǒng) (ADAS) 在當今的汽車中越來越突出。它們通過最大限度地減少人為錯誤來提高駕駛員和道路的安全性。早期的 ADAS 僅包含一個自動駕駛輔助功能，例如使用一個雷達傳感器的自適應(yīng)巡航控制?，F(xiàn)在，更多的 ADAS 功能正在被添加到汽車中，例如自動緊急停車、盲點監(jiān)控、車輛/行人警告和避讓、車道偏離警告和輔助等。

由于傳感器和攝像頭數(shù)量的增加、強大的實時數(shù)據(jù)處理和計算以及超高速通信，ADAS 的發(fā)展意味著這些新型車輛需要比以往任何時候都消耗更多的電力。例如，第一代 ADAS 片上系統(tǒng) (SoC)，如 2007 年推出的 Mobileye EyeQ，功耗僅為 2 至 3 W。新發(fā)布的 ADAS SoC，如 Nvidia Xavier，功耗為 20 W 至 30 W。 W 或更多，因為它們具有強大的數(shù)據(jù)處理和計算能力。

ADAS 的電源來自 12V 電池。它首先轉(zhuǎn)換為 5V 或 3.3V 中間電源軌，然后轉(zhuǎn)換為 SoC 內(nèi)核、接口、外設(shè)等所需的不同低壓。由于 ADAS SoC 的功耗增加，中間軌轉(zhuǎn)換器應(yīng)該能夠輸出 10A 或更多電流以滿足該要求。

設(shè)計大電流中間電源的傳統(tǒng)解決方案是使用降壓控制器。然而，由于需要外部 MOSFET，這種方法的總解決方案尺寸很大。因此，將控制器電源解決方案安裝在狹窄的空間中是一項挑戰(zhàn)，這是 ADAS 應(yīng)用的常見情況。

車輛中開關(guān)電源的另一個問題是電磁輻射。電源設(shè)計人員需要應(yīng)對嚴格的輻射和傳導電磁輻射限制所帶來的挑戰(zhàn)，這些限制在汽車行業(yè)是強制性的。隨著功耗的增加，這些電磁輻射標準變得更加難以滿足。為了滿足功率、尺寸和電磁輻射的限制，ADI 公司開發(fā)了兩款 42V 大電流單片 Silent Switcher 穩(wěn)壓器：LT8638S和LT8648S。

ADI 公司提出了一種使用這些大電流單片降壓穩(wěn)壓器的方法，作為應(yīng)對這些 ADAS 設(shè)計挑戰(zhàn)的可能解決方案。

采用 LT8638S 的緊湊型 10A/12A 峰值功率解決方案

LT8638S 是一款 42V、10A、單通道降壓穩(wěn)壓器，它在一個 4 × 5mm LQFN 封裝上包含所有控制電路和 MOSFET。其輸出電流可在短時間內(nèi)達到 12 A。LT8638S 穩(wěn)壓器是緊湊型 10A 中間電源軌的理想選擇。圖 1 顯示了典型的 5V/10A LT8638S 原理圖。LT8638S 穩(wěn)壓器的開關(guān)頻率可在 200kHz 至 3MHz 范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。

圖 1：使用 LT8638S 穩(wěn)壓器的 5V/10A 電源（來源：Analog Devices）

表 1 列出了 400kHz LT8638S 電路和 2MHz LT8638S 電路的主要組件。

表 1：圖 1 原理圖的組件（來源：Analog Devices）

圖 2 顯示了 LT8638S 在DC2929A演示板上的效率和溫升，分別為 400 kHz 和 2 MHz。LT8638S 穩(wěn)壓器的溫升僅為 60°C，在 2MHz 開關(guān)頻率下輸出功率為 50W。在 10A 負載下，2MHz 和 400kHz 之間的效率差異在 1.5% 以內(nèi)。

圖 2：圖 1 電路的效率和溫升（來源：Analog Devices）

比較 LT8638S 400kHz 電路和 LT8638S 2MHz 電路，400kHz 時的電感器占位面積是 2MHz 電感器的 2.5 倍，400kHz 時的輸出電容器是 2MHz 輸出電容器的 3 倍. 因此，對于尺寸和成本敏感的應(yīng)用，2MHz 開關(guān)頻率是首選。

阻止電源設(shè)計工程師使用 2 MHz 的主要問題是效率和熱性能，因為在高開關(guān)頻率下開關(guān)損耗會顯著增加。LT8638S 通過快速開關(guān)邊沿最大限度地減少開關(guān)損耗來緩解這些擔憂，如圖 3 所示。

圖 3：LT8638S 在 12V 輸入和 10A 負載下的開關(guān)邊沿（來源：Analog Devices）

快速開關(guān)邊沿有利于高開關(guān)頻率下的效率，但可能會惡化電磁輻射 (EMI)。LT8638S 配備 Silent Switcher 架構(gòu)，使其能夠以小得多的解決方案尺寸以快速開關(guān)邊沿和顯著低的 EMI 運行。

圖 4 顯示了一個超低 EMI 2MHz LT8638S 電路。為實現(xiàn)最佳 EMI 性能，穩(wěn)壓器通過將 SYNC/MODE 引腳與 INTV CC引腳連接，在擴頻模式下運行。

圖 4：超低 EMI LT8638S 電路（來源：Analog Devices）

圖 5 顯示了圖 4 電路的 LT8638S 輻射，測試設(shè)置在 CISPR 25 標準中定義。紅線代表 CISPR 25 Class 5 限制，這是汽車行業(yè)最嚴格的排放規(guī)范。如圖 4 所示，只需很少的附加組件即可生成輸入濾波器，LT8638S 就可以滿足 CISPR 25 Class 5 嚴格的峰值和平均限制。

圖 5：圖 4 電路的輻射 EMI 和傳導 EMI（12V 輸入至 3.3V 輸出，10A）（來源：Analog Devices）

使用 LT8648S 的更高電流單片電源解決方案

復雜的 ADAS 需要多個 SoC，以及多個攝像頭和傳感器。例如，免提 ADAS 可以包括多個耗電芯片和多達 11 個攝像頭。LT8648S 具有比 LT8638S 更高的輸出電流能力。它適合復雜 ADAS 所需的中間電源軌。作為一款單片 42V、15A 降壓穩(wěn)壓器，LT8648S 的輸出電流和功率電平接近于使用外部 MOSFET 的電源控制器解決方案。通過將多個 LT8648S 穩(wěn)壓器并聯(lián)在一起，可以進一步擴展其電流能力。

圖 6 展示了使用兩個并聯(lián)的 LT8648S 器件的 3.3V/25A、2MHz 原理圖。兩個 LT8648S 穩(wěn)壓器具有共同的輸入和輸出。連接 EN/UV 和 SS 引腳以確保兩個穩(wěn)壓器以相同的壓擺率同時啟動。LT8648S 使用峰值電流模式控制，這使得誤差放大器輸出與負載電流相關(guān)的V C電壓。通過連接 V C和 FB 引腳，兩個并聯(lián)的 LT8648S 器件可以實現(xiàn)良好的電流平衡，而無需額外的電路。U1 LT8648S 的 CLKOUT 引腳連接到 U2 LT8648S 的 SYNC/MODE 引腳。通過這種連接，兩個 LT8648S 穩(wěn)壓器以 180° 相移同步。

圖 6：使用兩個并聯(lián) LT8648S 穩(wěn)壓器的 2MHz、3.3V/25A 應(yīng)用（來源：Analog Devices）

圖 7 顯示了圖 6 電路的效率和溫升。U1 和 U2 的溫度幾乎相同，這表明在這種并聯(lián)應(yīng)用中電流平衡良好。高開關(guān)頻率和外部補償可實現(xiàn)快速瞬態(tài)響應(yīng)。

圖 7：圖 6 所示電路的效率和溫升（來源：Analog Devices）

圖 8 顯示了圖 6 所示電路的負載瞬態(tài)響應(yīng)。

圖 8：圖 6 所示電路的 10A 至 20A 負載瞬態(tài)響應(yīng)（來源：Analog Devices）

結(jié)論

本文介紹了兩款大電流 42V 單片 Silent Switcher 穩(wěn)壓器 LT8638S 和 LT8648S。它們的高效率和超低排放緩解了惡劣汽車應(yīng)用環(huán)境中的熱和 EMI 問題。憑借集成 MOSFET，LT8638S 和 LT8648S 穩(wěn)壓器為快速擴展的汽車 ADAS 應(yīng)用所需的大電流中間電源提供了一個小解決方案尺寸。