引言

隨著汽車行業(yè)電子電氣架構(gòu)的升級(jí), 電氣化、智能化和網(wǎng)聯(lián)化進(jìn)程加速, 車載電子系統(tǒng)對(duì)于電源芯片也產(chǎn)生了多樣性的需求,。自動(dòng)駕駛,、智能座艙、中央網(wǎng)關(guān)和V2X等域控制器系統(tǒng)的處理計(jì)算能力升級(jí), 要求芯片供應(yīng)商能提供更大電流, 更高功率和更低輕載功耗的電源方案,；矩陣大燈,、動(dòng)態(tài)尾燈和氛圍燈等應(yīng)用場(chǎng)景隨著LED顆數(shù)的增加, 對(duì)一級(jí)電源的輸出功率和動(dòng)態(tài)響應(yīng)要求也越來越高。LN10X46Q1是瓴芯全新推出的高效率,、高密度,、高集成度的車規(guī)級(jí)同步降壓型電壓轉(zhuǎn)換器。

1 產(chǎn)品簡(jiǎn)介

LN10X46Q1支持3.5V 到36V寬輸入電壓范圍, 集成上,、下功率MOS管, 最大輸出電流為6A,。該系列芯片采用瓴芯特殊設(shè)計(jì)的FCOL (Flip Chip on Lead) 封裝, 能有效減小寄生參數(shù), 增強(qiáng)散熱能力, 并降低EMI發(fā)射；封裝采用了wettable flanks工藝, 可有效提高PCB焊接可靠性, 并為AVI (自動(dòng)視覺檢查) 提供了極佳的焊點(diǎn)可見性,。該系列芯片已通過汽車等級(jí)AEC-Q100 Grade 1的認(rèn)證, 并正式量產(chǎn), 支持-40℃~125℃環(huán)境溫度與-40℃~150℃工作結(jié)溫, 可以很好的滿足汽車電子系統(tǒng)在寬溫度范圍內(nèi)工作的應(yīng)用需求,。

圖1. LN10X46Q1系列芯片外觀

2 產(chǎn)品亮點(diǎn)

2.1 高達(dá)6A的帶載能力

LN10X46Q1系列芯片采用LQFN4035W-14封裝 (外圍尺寸4mm X 3.5mm) , 集成了上下功率MOS管, 可驅(qū)動(dòng)6A負(fù)載。芯片的最高工作結(jié)溫達(dá)到150℃, 同時(shí)具有高達(dá)93%的滿載工作效率和很強(qiáng)的散熱能力,。在85℃環(huán)境溫度下, LN10X46Q1仍然可以輸出6A的滿載電流, 可支持絕大部分汽車應(yīng)用,。

圖1. 常溫, 5V6A輸出下的熱測(cè)試 (LENEVM, FS   = 400kHz) 

圖2. 帶載能力 VS. 環(huán)境溫度 (LENEVM, FS   = 400kHz) 

2.2 多種工作模式的選項(xiàng)

LN10X46Q1系列芯片具有兩種工作模式選項(xiàng)：1) PFM模式；2) FPWM模式,。

當(dāng)客戶選擇PFM工作模式, 可以得到超低的靜態(tài)功耗和全負(fù)載范圍的高工作效率,。PFM模式下, LN10X46Q1可以做到低至16uA的靜態(tài)電流, 以及最高97%以上的工作效率。

圖3. 靜態(tài)工作電流 (LN10046ASQ1, VOUT   = 5V, 空載) 

圖4. 效率曲線 (LN10046ASQ1, VOUT   = 5V) 

當(dāng)客戶選擇FPWM工作模式, 可以在全負(fù)載范圍內(nèi)工作于額定開關(guān)頻率, 從而減小輸出紋波, 簡(jiǎn)化EMI設(shè)計(jì),。LN10X46Q1最小導(dǎo)通時(shí)間低至58ns, 當(dāng)用戶采用2.1MHz的高頻應(yīng)用方案, 芯片可以在寬輸入電壓范圍內(nèi)保持額定頻率工作,。

圖5. 空載工作波形 (LN10046FSQ1, FS   = 2.1MHz, VOUT = 5V) 

圖6. 開關(guān)頻率曲線 (LN10046FSQ1, FS   = 2.1MHz, VOUT = 5V) 

2.3 優(yōu)異的EMI特性

LN10X46Q1采用輸入對(duì)稱的封裝設(shè)計(jì), 上管、下管與兩個(gè)Vin濾波電容可以分別組成兩個(gè)高頻電流回路, 兩個(gè)回路中的高頻電流方向相反,；可以巧妙地抵消近場(chǎng)磁場(chǎng), 進(jìn)而減小EMI輻射發(fā)射,。客戶在做PCB設(shè)計(jì)時(shí), 推薦將輸入,、輸出電容對(duì)稱布局, 且盡量靠近芯片, 從而更好的發(fā)揮芯片對(duì)稱輸入的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì),。

圖7. LN10X46Q1對(duì)稱的管腳設(shè)計(jì)

同時(shí), FCOL的封裝形式可以最大程度的減小寄生電感, 從而減小開關(guān)振鈴, 進(jìn)一步降低振鈴帶來的EMI問題；圖8中, 黃色信號(hào)是常規(guī)bonding wire封裝芯片在同條件下的SW振鈴對(duì)比, 可見LN10X46Q1系列芯片能顯著的降低振鈴,。

圖8. SW振鈴波形對(duì)比

此外, LN10X46Q1 系列芯片加入隨機(jī)展頻功能, 通過頻率調(diào)制將集中在開關(guān)頻率上的能量分散到設(shè)定的寬頻帶范圍, 從而減小開關(guān)頻率及其倍頻下的EMI發(fā)射,。

最后, 用戶通過串聯(lián)RBST電阻, 可在1ns~8ns的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)開關(guān)沿上升速率, 進(jìn)一步減小振鈴, 降低EMI發(fā)射,。

經(jīng)過上述優(yōu)化設(shè)計(jì), LN10X46Q1系列芯片可以采用極簡(jiǎn)的濾波器, 通過CISPR25 Class 5的EMI測(cè)試。

圖9. LN10X46Q1輸入濾波器

圖10. CISPR25 Class 5傳導(dǎo)測(cè)試結(jié)果

2.4 隨機(jī)展頻功能

為了降低開關(guān)頻率及其倍頻帶來的EMI發(fā)射, 開關(guān)電源通常采用展頻技術(shù),。但展頻技術(shù)一般會(huì)伴隨著低頻率的調(diào)制頻率, 并因此帶來低頻輸出紋波, 影響電源性能,。

LN10X46Q1 系列芯片采用隨機(jī)展頻技術(shù), 在降低EMI發(fā)射的同時(shí), 極大程度地降低對(duì)輸出紋波的影響。

圖11. 三角波展頻波形

圖12. 隨機(jī)展頻波形 (LN10046ASQ1) 

2.5 完整的保護(hù)功能

LN10X46Q1系列芯片具有完整的保護(hù)功能, 包括：

• 精確的峰值電流和谷底電流鉗位功能

• 精確的UVLO保護(hù)功能

• 具有打嗝工作模式的短路保護(hù)功能

• 過溫保護(hù)和自動(dòng)恢復(fù)功能

2.6 完整的車規(guī)驗(yàn)證

LN10X46Q1系列芯片通過嚴(yán)苛的車規(guī)考核, 包括：

• CNAS/IEC17025認(rèn)證的AEC-Q100報(bào)告

• 超出AECQ100的可靠性測(cè)試

• 滿載HTOL測(cè)試

• CSPR25 Class5 EMC測(cè)試

• ISO7637測(cè)試

• ISO16750測(cè)試

3 應(yīng)用場(chǎng)景

LN10X46Q1具有寬輸入電壓,、低靜態(tài)電流,、靈活的工作模式、4x3.5mm小封裝,、低EMI,、完整的保護(hù)功能、高可靠性等諸多優(yōu)勢(shì), 使該系列芯片可以廣泛應(yīng)用于多種車載系統(tǒng)的一級(jí)電源,。

• 中控和影音娛樂系統(tǒng)

• 駕駛輔助系統(tǒng)

• 車身控制模塊

• 域控制器

• 其他工業(yè)電源和電池供電電源