發布日期：2022-04-22 點擊率：85
為電池連接的汽車電源選擇正確的降壓轉換器拓撲通常非常簡單。對于高達 ~3.5A 的電流，同步降壓轉換器是最佳選擇。具有集成 MOSFET 半橋的降壓轉換器需要更少的印刷電路板 (PCB) 空間、更少的外部組件和更低的物料清單成本。同步設計有利于提高效率和降低功耗，尤其是在較高電流下。
但是，如果我們需要高于 3.5A 的輸出電流，則降壓轉換器不是最佳選擇，因為會增加功率損耗并導致溫度快速升高。集成 MOSFET 半橋與降壓控制邏輯位于同一芯片上。與降壓轉換器中的小型集成 FET 相比，外部 MOSFET 更大并且具有更好的技術特性，例如非常低的導通電阻和柵極電荷。
更高輸出電流的最佳選擇是使用帶有外部 MOSFET 半橋的降壓控制器，以減少上一節中提到的損耗。選擇與控制器分開的 MOSFET，以便我們可以根據電源的輸出功率需求調整它們。功率耗散將廣泛分布在 FET 和控制器上，這意味著每個器件的溫度更低。借助降壓控制器拓撲的靈活性，我們可以滿足廣泛的輸出功率需求。
汽車信息娛樂系統等現代應用基于非常強大的處理器，例如德州儀器的Jacinto 7 。例如，英特爾 Apollo Lake 處理器的最大輸出功率約為 40W 到 50W。連接在汽車電池上的電源（V IN = 3.5V 至 18V，絕對最大值 42V 和 V OUT = 3.3V）必須能夠支持 8A 至 12A 之間的輸出電流。大多數工程師會選擇降壓控制器來處理高輸出功率要求。
與降壓轉換器相比，降壓控制器的一個缺點是 MOSFET 半橋和外部組件之間的電流環路明顯較大。更大的外部 FET 具有更低的損耗；封裝的尺寸允許更好的熱連接來散熱，但與降壓轉換器中的集成半橋相比，它們要大幾十年。較大的電流環路會引起寄生效應，從而導致電源開關節點上的振鈴。
降壓控制器拓撲的另一個缺點（尤其是在高輸出電流方面）是分立 FET 是單獨封裝的，并且具有較大的寄生元件，例如漏極和源極上的串聯電感器。圖 1 顯示了一個 MOSFET 半橋等效電路，在漏極和源極上有寄生電感。
圖 1：具有寄生電感 L Drain和 L Source的 MOSFET 半橋
分立 FET 寄生電感 L Source和 L Drain對開關節點振鈴影響最大，并決定振鈴頻率。當輸出電流增加時，振鈴會引起明顯的輻射電磁干擾（EMI）。圖 2 顯示了同步降壓控制器開關節點上升沿的振鈴。圖 3 是開關節點上升沿的放大圖。振鈴頻率約為 215MHz，是分立封裝 MOSFET 的典型值。
輻射 EMI，尤其是在 200MHz 左右的范圍內，對于汽車信息娛樂系統中的敏感數字無線電調諧器（174MHz 至 230MHz）或電視調諧器等應用來說是不可接受的。
圖 2： 同步降壓控制器的開關節點。注意上升沿的振鈴。基于雙 N-FET BUK9K17-60E 的橋。
圖 3： 同步降壓控制器開關節點上升沿特寫，測得振鈴頻率約為 215MHz
滿足高輸出功率要求的新型降壓轉換器拓撲
那么在對 EMI 敏感的大功率輸出應用中應該使用什么樣的電源概念呢？降壓轉換器無法處理輸出功率，并且降壓控制器會隨著輸出電流的增加而導致顯著的輻射 EMI。
一種想法是使用可堆疊到多相系統的單個降壓轉換器。堆疊設備的數量取決于最大輸出電流。寄生元件被減少到最低限度，并且功率耗散到多個設備中。這個概念非常靈活，允許我們根據輸出電流擴展或縮小系統。缺點是多個器件需要較大的 PCB 空間。
要啟用這種拓撲，我們將需要具有集成負載共享控制器、相位同步以及理想的移相功能的降壓轉換器，例如 TPS54020、LM20154 和 LP8754 器件系列。圖 4 顯示了這種電源概念。
圖 4： 基于多相系統的高輸出功率降壓轉換器
總之，我們可以確定帶有外部 FET 的降壓控制器并不是 EMI 敏感的汽車信息娛樂系統中大電流電源的唯一解決方案。在多相配置中使用高度集成的降壓轉換器克服了輸出電流限制，并由于集成的 MOSFET 半橋提供了非常好的 EMI 行為。
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