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《線性穩壓器系列》3:如何根據應用需求選擇合適的線性穩壓器

發布時間:[ 2022-10-18 11:35:30]

本文作者: 英飛凌汽車事業部工程師萬丹

針對不同的汽車應用需求,線性穩壓器分為多種類型。除通用線性穩壓器外,還有后線性穩壓器、跟蹤器和電流檢測線性穩壓器。每種類型的特點是什么?如何選擇不同的應用程序?讓我們詳細解釋一下。

1. 汽車應用中電源供電結構概述

電源供電結構概述

汽車電子模塊產品種類繁多,應用類型也多種多樣產品和應用都需要電源芯片。電源芯片包括線性穩壓器和DC/DC,通常在系統結構的前端,將車輛電池電源轉換為滿足后端電池芯片需求的穩壓源。因此,線性穩壓器的選擇與電源結構中電源芯片的類型和位置有關。

由于機械結構,板內的電芯片將存在于系統中,如MCU、 通訊芯片(CAN, Ethernet switches)、存儲芯片等,以及板外電芯片,如傳感器芯片和天線。以下是如何為這些不同的電芯片選擇合適的線性穩壓器。

2. 推薦板內電芯片電源

系統中的電芯片大多在板內,通常使用通用線性穩壓器和后線性穩壓器為板內的電芯片供電。

a) 在什么情況下使用通用線性穩壓器?

如果系統只需要1~2路電源軌(如5)V,3.3V),然后使用1~2個通用線性穩壓器。在這種應用場景下,線性穩壓器的輸入引腳直接連接到車輛電池,因此對線性穩壓器有以下要求:

1) 為了支持系統滿足行業標準(如LV124)要求,并在發動機點火(Cranking) 在應用場景下也能穩定工作;

2) 靜態電流較低,以滿足系統靜態功耗的要求。

以下參數可以更好地滿足上述要求:

1)3V – 40V適用于24的輸入電壓范圍V輸入較高電壓可達60的通用線性穩壓器V;

例如:TLS820輸入電壓范圍

2)5μA ~ 40μA靜態電流性能

例如:TLS靜態電流參數805


b) 后線性穩壓器在什么情況下需要使用?

當系統需要多路電源軌時,例如Camera除了應用MCU 和CAN外,還需要2.5V和1.8V給Camera推薦供電DC/DC 提高電源效率的后級穩壓器方案。

例如,同一系統只使用通用型LDO供電時,功耗為12W:

若使用DC/DC 后穩壓器的供電結構可降至~4W:

由于后級線性穩壓器的輸入通常來自于一個DC/DC輸出電壓穩定,后線性穩壓器的輸入電壓范圍不需要像通用線性穩壓器那樣寬,具有更多的成本優勢。

例如:TLS205輸入電壓范圍:

此外,后線性穩壓器的低輸出噪聲特性也能更好地滿足Camera和RADAR應用電源的低噪聲要求。

例如:TLS208的輸出表現

3. 推薦傳感器電源

建議使用跟隨器(Tracker)為傳感器供電。

傳感器應用場景對電源的要求如下:

1) 支持系統實現更高的檢測精度;

2) 如果給板外傳感器供電,電源輸出端需要更高的魯棒性,能夠承受輸出端的短路需求。

跟隨器的如下特點能更好地滿足上述要求:

1) 跟蹤精度很高,以保證傳感器電源電壓的高精度跟蹤MCU的ADC為了實現更高的檢測精度,模塊的參考電壓;

例如:TLS105跟隨精度參數

2) 輸出端具有較高的耐壓值和集成限流功能,以支持輸出端對電源/地面短路的需求。內置反向保護功能。適用于板外傳感器。

例如:TLS105各種耐壓值(Absolute Maximum Rating)參數

跟蹤器的原理決定了它需要外部參考電壓VADJ如果是,確保輸出VADJ電壓消失了,跟隨器的輸出也關閉了。因此,跟隨器的應用電路結構也不同于通用線性穩壓器。

上圖為通用線性穩壓器的應用電路結構,無需參考電壓VADJ。

上圖為跟隨器的應用電路結構,需要參考電壓VADJ。

4. 推薦天線電源

建議使用電流檢測線性穩壓器為天線供電。

天線應用場景對電源的要求如下:

1) 能檢測天線的供電電流;

2) 可監測天線的開路/短路狀態,調節供電線的電流和電壓;

3) 由于板外負載要求電源輸出端具有更高的魯棒性,因此能夠承受輸出端的短路需求。

目前,一些應用程序使用外部分立器件來構建輸出電流的檢測電路,其缺點是:

1) 分立電路結構復雜,包括大量設備,每個設備都會給檢測系統帶來誤差,較終檢測電路的檢測精度相對較低;

2) 分立器件數量多,占板面積大,通常用于天線應用,如T-Box模塊,eCall尺寸小的模塊,PCB面積有限,分立電路方案會增加PCB板材設計難度。

電流檢測線性穩壓器的以下特點可以更好地滿足天線對電源的要求:

1) 內置輸出電流檢測功能,可高精度檢測輸出電流值。

例如:TLF4277-2的檢測精度為5%-10%

2) 內置可調輸出限流功能,以調節輸出電流。

輸出限流的調節是通過芯片引腳上連接的電阻來實現的。

3) 輸出電壓可調。

4) 通過狀態腳反饋內置多種診斷功能MCU。

例如:TLF4277-2的診斷結果體現在CSO引腳電壓上

5) 輸出端具有較高的耐壓值和集成限流功能,以支持輸出端對電源/地面短路的需求。內置反向保護功能。適用于板外天線。

例如:TLF4277-2耐壓值(Absolute Maximum Rating)參數

以上是對不同類型線性穩壓器特點和應用場景的詳細介紹。同時,附上較新的選擇列表,希望能幫助您更合理地選擇英飛凌汽車級線性穩壓器。

選型列表(點擊查看大圖)

以上是線性穩壓器系列的全部內容。通過這三篇技術文章,我們系統地梳理了線性穩壓器,從基本原理、功能和類型逐步進步,并對汽車級進行了深入和詳細的解釋LDO內置診斷和保護功能。最后,分析了汽車應用的供電結構,解釋了如何根據應用選擇合適的線性穩壓器。如果你認為這篇文章對你有幫助,請記住與你的朋友分享。詳情請瀏覽以下網站。

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