我們的互聯和媒體驅動的生活方式是技術推動我們生活方方面面的結果或原因，包括當今高度集成的汽車信息娛樂系統。汽車信息娛樂系統中包含的復雜電子元件組合反映了消費電子產品：高性能微控制器、存儲器、接口和驅動器 IC。

電源情況同樣復雜，因為每個組件可能需要各種具有廣泛功率要求的低壓軌。復雜性不僅限于信息娛樂系統。汽車性能、燃油效率和駕駛員便利性功能需要越來越先進的電子系統。電源系統還介于敏感的電子設備和汽車環境中不受歡迎的條件之間，即寬范圍的電壓和可預測的瞬態電池環境作為輸入。設計良好的電源系統必須既為電子設備供電又保護電子設備，即使制造商通過啟停技術等功能使汽車環境對電子設備的吸引力降低。

啟停技術放大了電子設備必須面對的極端條件，特別是通過反復的發動機起動。啟用啟停功能的汽車會反復重新啟動發動機，但即使電池供應每次都經過冷啟動，關鍵系統也必須保持運行——雖然不是災難性的，但當汽車的音樂變得沉默時，駕駛員突然唱阿卡貝拉可能不會增加汽車的正面評價。

另一方面，超低靜態電流是汽車動力系統的關鍵要求。汽車可能需要閑置一個月或更長時間，因為關鍵的始終在線的電子系統可以安靜地運行，而不會耗盡電池電量。

ADI 線性LTC3372一體化高壓控制器的電源能夠在汽車電池環境帶來的極端電壓變化中保持穩壓。由于其超低靜態電流，它可以保持始終在線的組件運行而不會耗盡電池電量。LTC3372 具有四個可配置的單片式穩壓器，并能為信息娛樂系統或其他電子系統提供多達 5 個輸出通道。

汽車多通道電源

LTC3372 顯著減少了產生多個電源軌所需的組件數量。它將成熟的高壓汽車控制器技術與四個可配置的單片降壓器相結合，以創建節省空間且經濟高效的汽車多通道電源解決方案。

高壓降壓控制器輸入通過高達60 V的輸入浪涌（例如在拋負載期間看到的輸入浪涌）工作，在標準降壓配置中還可以通過低至4.5 V的輸入驟降進行調節，在SEPIC配置中也可以通過低至3 V的輸入驟降進行調節。該工作輸入范圍可在面對重大瞬變時為敏感電子設備提供不間斷電源。LTC3372 的 4 個低電壓降壓轉換器通過組合來自 8 個 1 A 功率級的功率級進行獨立配置。級組合在一起以滿足每個穩壓器的功率要求，具有八種可能的獨特 4 輸出通道配置，全部直接來自汽車電池源。

單IC多通道電源解決方案的一個優點是共享內部基準電壓源和偏置電源。這種偏置共享可實現比獨立IC更低的多通道功率每通道IQ規格。對于單通道、始終導通電源，VIN參考偏置IQ典型值為23 μA，150°C時最大值為46 μA。 當所有五個通道均在突發模式下?調節時，典型偏置電流僅為60 μA，或每通道12 μA。當 LTC3372 針對 5 個通道的總偏置 IQ 與采用較舊技術的單通道相當時，該 LTC3372 可實現新的始終接通應用。

單芯片控制器和穩壓器

LTC?3372是一款前端60 V高壓（HV）降壓控制器以及四個低電壓（LV） 5 V單芯片降壓穩壓器，具有低IQ突發模式操作。通過集成一個控制器和單片式穩壓器，LTC3372 能夠以緊湊的尺寸以低成本從高輸入電壓提供多達 5 個獨立的電源軌。高壓控制器的輸出電壓可在 3.3 V 至 5 V 之間選擇，具體取決于 VOUTPRG 引腳的電平;低壓穩壓器的輸出電壓可通過 FB1 至 FB4 引腳使用外部電阻器單獨設置。

LTC3372的典型60 V輸入應用。高壓控制器為四路 2 A、1 V/1.2 V/1.8 V/2.5 V 低壓穩壓器供電。3.3 V/5 V 高壓控制器輸出可用作額外的 3 A 電流軌。

圖1和圖2顯示了高壓控制器的典型應用和相應的效率。雖然高壓控制器通常用于為低壓穩壓器供電，但每個穩壓器通過每個通道獨立工作，以使能和輸入引腳。八個功率級提供了額外的靈活性。這八個開關可以分布在低壓穩壓器之間，組合通過C位（C1、C2、C3）進行數字配置，以滿足特定于電源軌的最大電流限制。表 1 顯示了 C 位設置以及每個穩壓器編號得出的最大電流限制配置。圖 3 顯示了效率如何隨并聯組合的開關數量而變化。

突發模式工作效率與圖1中高壓控制器輸出電流的關系輸出電流高達10 A，足以為4個滿載LV穩壓器和3 A、3.3 V/5 V負載供電。

突發模式工作效率與低壓穩壓器輸出電流的關系當一個、兩個、三個和四個開關并聯時，1 A、2 A、3 A 和 4 A 降壓表示不同的配置。

表 1.低壓穩壓器配置通過 C1、C2 和 C3 代碼設置;在少于四個低壓穩壓器的任何配置中，未使用的穩壓器使能引腳和反饋引腳接地

功率損耗優化

LTC3372 還提供一個片內溫度傳感器和看門狗定時器功能。溫度傳感器允許用戶在啟用低壓穩壓器時密切監控管芯溫度。如果微處理器在發生故障時未能清除定時器，則看門狗定時器發出復位信號。

通常，DC-DC轉換器是根據其效率來判斷的，因此旨在最大化該參數，但是在功率損耗（而不僅僅是效率）方面優化DC-DC轉換器通常會在高功率應用中帶來更高的性能紅利。對于多級轉換器系統（例如可使用 LTC3372 創建），當效率的某些部分由 HV 控制器和 LV 穩壓器復合時，效率測量可能會產生誤導。

請記住，功率損耗優化并不意味著簡單地最小化總功率損耗，還意味著平衡器件之間損耗的分布。一個好的方法是從低壓穩壓器開始，因為所有低壓穩壓器的總功率損耗占LTC3372系統損耗的大部分。通過考慮所有適用的低壓穩壓器配置，設計人員可以比較各種功率損耗選項。表2列出了1.2 V、1.8 V、2.5 V應用中在3 A、3 A、0.5 A最大負載下的所有適用配置和相關功率損耗。最佳配置和最差配置之間的差異為 0.432 W。在正常情況下，遞歸地將最大可能的開關分配給最高功率通道會產生最佳結果。

表 2.各種配置中低壓穩壓器的總突發模式操作功率損耗為 1.2 V （3 A）、1.8 V （3 A）、2.5 V （0.5 A）;VINA–H 為 3.3 V，開關頻率為 2 MHz;與最壞情況相比，最佳配置的功率損耗降低 0.432 W

更通用的效率優化程序可以應用于高壓控制器。細微的區別是高壓控制器的全部/部分負載成為低壓穩壓器的輸入參考電流。當低壓穩壓器是唯一負載時，高壓控制器會看到中等負載，即使每個低壓穩壓器都滿載。設計人員不應選擇低RDS FET或追求最高峰值效率，而應關注目標工作電流范圍。具有不同RDS的三個FET的效率與輸出電流曲線如圖4所示。對于表 2 中的低壓穩壓器，使用最高 RDS 但最低 QG FET 可在低于最大負載（最佳配置為 3.759 A）的范圍內產生最高效率。

突發模式工作效率與高壓控制器中三個不同FET的輸出電流的關系。頂部和底部使用相同的FET。該圖放大至1 A至6 A范圍，以密切觀察任何交越，以確定表2中低壓穩壓器的最佳FET。3.759 A 是低壓穩壓器滿載時的最大負載電流。結果表明，最佳選擇是RDS最高，而QGFET（BSZ099N06LS5）最低。

賽普控制器

在汽車應用中，冷啟動仍然是DC-DC轉換器面臨的挑戰。在冷啟動情況下，如果調節輸出電壓高于輸入電壓，則降壓轉換器被迫在壓差下工作。利用 LTC3372 的 HV 控制器中提供的可用資源可以實現兩種可選的前端拓撲 （升壓和 SEPIC），以避免壓差操作。

盡管升壓稍微簡單一些，但它會將任何高壓輸入浪涌傳遞到下一個降壓級。這排除了使用高效低壓降壓穩壓器作為第二降壓級的可能性。在圖 5 中，我們在異步 SEPIC 拓撲中配置 LTC3372 高壓控制器。SEPIC轉換器產生一個5 V中間電源軌，為兩個3.3 V/4 A LV穩壓器供電，并維持高壓控制器的連續運行。

當兩個4 A LV穩壓器滿載時，SEPIC輸出消耗的電流超過5 A。通過檢測電阻的峰值電流很容易超過10 A，因為開關電流是兩個電感繞組的總和。考慮到檢測電阻位于熱回路內，需要付出一些努力才能在電流比較器輸入端產生干凈的波形。一種解決方案是采用SEPIC原理圖中所示的差分濾波方案，并使用采用反向封裝的低電感電阻。

圖6顯示了突發模式下的SEPIC效率，圖7顯示了對輸入施加12 V至3 V瞬變時的SEPIC輸出電壓。設計人員在PCB設計過程中不應忽視箝位二極管中產生的熱量。通過為中等尺寸的二極管預留額外空間并使用較厚的銅，可以滿足熱限制。另一個二極管和一個濾波電容連接到VIN引腳，以避免由于輸入瞬變引起的反向電流和突然的電壓尖峰。

4.5 V至50 V輸入異步高壓SEPIC轉換器，為兩個3.3 V/4 A LV穩壓器供電。啟動后，當兩個低壓穩壓器滿載時，SEPIC轉換器可在V OUT時保持5 V電壓，最小V IN為3 V。如果在SEPIC上放置較輕的負載，則最小V IN可低至1.5 V。當V IN低于5 V時，SEPIC的輸出必須設置為5 V以維持連續工作。 D IN和1 μF電容連接到IC VIN，以防止反向電流和瞬態尖峰。建議采用差分電流檢測方案和低電感檢測電阻，以便在電流比較器輸入端提供干凈的信號。低電感（LHV1 和 LHV2）、最大開關頻率和低帶寬是右半平面零點和電流紋波之間的折衷因素。

突發模式工作效率與異步SEPIC控制器輸出電流的關系，如圖5所示。輸出電流高達6 A，足以為兩個滿載3.3 V/4 A LV穩壓器供電。

SEPIC對類似于冷啟動條件的輸入瞬變的輸出響應。輸入在2 ms內從12 V降至3 V，并在3 V保持1秒鐘，然后恢復到12 V。 在3 V瞬變期間觀察到較大的紋波，這是由通過箝位二極管流向輸出電容的較高峰值電流引起的。波形由兩個滿載3.3 V/4 A LV穩壓器和500 kHz SEPIC開關頻率獲取。

結論

LTC3372 為高電壓多通道降壓型轉換器提供了一種單芯片解決方案。其低 IQ 操作和低每通道成本非常適合汽車應用中的始終在線系統。

審核編輯：郭婷