《线性稳压器系列》3:如何根据应用需求选择合适的线性稳压器

发布时间:[ 2022-10-18 11:35:30]

本文作者: 英飞凌汽车事业部工程师万丹

针对不同的汽车应用需求,线性稳压器分为多种类型。除通用线性稳压器外,还有后线性稳压器、跟踪器和电流检测线性稳压器。每种类型的特点是什么?如何选择不同的应用程序?让我们详细解释一下。

1. 汽车应用中电源供电结构概述

电源供电结构概述

汽车电子模块产品种类繁多,应用类型也多种多样产品和应用都需要电源芯片。电源芯片包括线性稳压器和DC/DC,通常在系统结构的前端,将车辆电池电源转换为满足后端电池芯片需求的稳压源。因此,线性稳压器的选择与电源结构中电源芯片的类型和位置有关。

由于机械结构,板内的电芯片将存在于系统中,如MCU、 通讯芯片(CAN, Ethernet switches)、存储芯片等,以及板外电芯片,如传感器芯片和天线。以下是如何为这些不同的电芯片选择合适的线性稳压器。

2. 推荐板内电芯片电源

系统中的电芯片大多在板内,通常使用通用线性稳压器和后线性稳压器为板内的电芯片供电。

a) 在什么情况下使用通用线性稳压器?

如果系统只需要1~2路电源轨(如5)V,3.3V),然后使用1~2个通用线性稳压器。在这种应用场景下,线性稳压器的输入引脚直接连接到车辆电池,因此对线性稳压器有以下要求:

1) 为了支持系统满足行业标准(如LV124)要求,并在发动机点火(Cranking) 在应用场景下也能稳定工作;

2) 静态电流较低,以满足系统静态功耗的要求。

以下参数可以更好地满足上述要求:

1)3V – 40V适用于24的输入电压范围V输入较高电压可达60的通用线性稳压器V;

例如:TLS820输入电压范围

2)5μA ~ 40μA静态电流性能

例如:TLS静态电流参数805


b) 后线性稳压器在什么情况下需要使用?

当系统需要多路电源轨时,例如Camera除了应用MCU 和CAN外,还需要2.5V和1.8V给Camera推荐供电DC/DC 提高电源效率的后级稳压器方案。

例如,同一系统只使用通用型LDO供电时,功耗为12W:

若使用DC/DC 后稳压器的供电结构可降至~4W:

由于后级线性稳压器的输入通常来自于一个DC/DC输出电压稳定,后线性稳压器的输入电压范围不需要像通用线性稳压器那样宽,具有更多的成本优势。

例如:TLS205输入电压范围:

此外,后线性稳压器的低输出噪声特性也能更好地满足Camera和RADAR应用电源的低噪声要求。

例如:TLS208的输出表现

3. 推荐传感器电源

建议使用跟随器(Tracker)为传感器供电。

传感器应用场景对电源的要求如下:

1) 支持系统实现更高的检测精度;

2) 如果给板外传感器供电,电源输出端需要更高的鲁棒性,能够承受输出端的短路需求。

跟随器的如下特点能更好地满足上述要求:

1) 跟踪精度很高,以保证传感器电源电压的高精度跟踪MCU的ADC为了实现更高的检测精度,模块的参考电压;

例如:TLS105跟随精度参数

2) 输出端具有较高的耐压值和集成限流功能,以支持输出端对电源/地面短路的需求。内置反向保护功能。适用于板外传感器。

例如:TLS105各种耐压值(Absolute Maximum Rating)参数

跟踪器的原理决定了它需要外部参考电压VADJ如果是,确保输出VADJ电压消失了,跟随器的输出也关闭了。因此,跟随器的应用电路结构也不同于通用线性稳压器。

上图为通用线性稳压器的应用电路结构,无需参考电压VADJ。

上图为跟随器的应用电路结构,需要参考电压VADJ。

4. 推荐天线电源

建议使用电流检测线性稳压器为天线供电。

天线应用场景对电源的要求如下:

1) 能检测天线的供电电流;

2) 可监测天线的开路/短路状态,调节供电线的电流和电压;

3) 由于板外负载要求电源输出端具有更高的鲁棒性,因此能够承受输出端的短路需求。

目前,一些应用程序使用外部分立器件来构建输出电流的检测电路,其缺点是:

1) 分立电路结构复杂,包括大量设备,每个设备都会给检测系统带来误差,较终检测电路的检测精度相对较低;

2) 分立器件数量多,占板面积大,通常用于天线应用,如T-Box模块,eCall尺寸小的模块,PCB面积有限,分立电路方案会增加PCB板材设计难度。

电流检测线性稳压器的以下特点可以更好地满足天线对电源的要求:

1) 内置输出电流检测功能,可高精度检测输出电流值。

例如:TLF4277-2的检测精度为5%-10%

2) 内置可调输出限流功能,以调节输出电流。

输出限流的调节是通过芯片引脚上连接的电阻来实现的。

3) 输出电压可调。

4) 通过状态脚反馈内置多种诊断功能MCU。

例如:TLF4277-2的诊断结果体现在CSO引脚电压上

5) 输出端具有较高的耐压值和集成限流功能,以支持输出端对电源/地面短路的需求。内置反向保护功能。适用于板外天线。

例如:TLF4277-2耐压值(Absolute Maximum Rating)参数

以上是对不同类型线性稳压器特点和应用场景的详细介绍。同时,附上较新的选择列表,希望能帮助您更合理地选择英飞凌汽车级线性稳压器。

选型列表(点击查看大图)

以上是线性稳压器系列的全部内容。通过这三篇技术文章,我们系统地梳理了线性稳压器,从基本原理、功能和类型逐步进步,并对汽车级进行了深入和详细的解释LDO内置诊断和保护功能。最后,分析了汽车应用的供电结构,解释了如何根据应用选择合适的线性稳压器。如果你认为这篇文章对你有帮助,请记住与你的朋友分享。详情请浏览以下网站。

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