引言

隨著汽車行業(yè)電子電氣架構(gòu)的升級, 電氣化,、智能化和網(wǎng)聯(lián)化進(jìn)程加速, 車載電子系統(tǒng)對于電源芯片也產(chǎn)生了多樣性的需求,。自動駕駛,、智能座艙、中央網(wǎng)關(guān)和V2X等域控制器系統(tǒng)的處理計算能力升級, 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,、動態(tài)尾燈和氛圍燈等應(yīng)用場景隨著LED顆數(shù)的增加, 對一級電源的輸出功率和動態(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)級同步降壓型電壓轉(zhuǎn)換器,。

1 產(chǎn)品簡介

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6A負(fù)載,。芯片的最高工作結(jié)溫達(dá)到150℃, 同時具有高達(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

LN10X46Q1系列芯片具有兩種工作模式選項：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, 簡化EMI設(shè)計,。LN10X46Q1最小導(dǎo)通時間低至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采用輸入對稱的封裝設(shè)計, 上管,、下管與兩個Vin濾波電容可以分別組成兩個高頻電流回路, 兩個回路中的高頻電流方向相反；可以巧妙地抵消近場磁場, 進(jìn)而減小EMI輻射發(fā)射,?？蛻粼谧鯬CB設(shè)計時, 推薦將輸入、輸出電容對稱布局, 且盡量靠近芯片, 從而更好的發(fā)揮芯片對稱輸入的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢,。

圖7. LN10X46Q1對稱的管腳設(shè)計

同時, 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, 黃色信號是常規(guī)bonding wire封裝芯片在同條件下的SW振鈴對比, 可見LN10X46Q1系列芯片能顯著的降低振鈴。

圖8. SW振鈴波形對比

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, LN10X46Q1系列芯片可以采用極簡的濾波器, 通過CISPR25 Class 5的EMI測試。

圖9. LN10X46Q1輸入濾波器

圖10. CISPR25 Class 5傳導(dǎo)測試結(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, 極大程度地降低對輸出紋波的影響。

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報告

• 超出AECQ100的可靠性測試

• 滿載HTOL測試

• CSPR25 Class5 EMC測試

• ISO7637測試

• ISO16750測試

3 應(yīng)用場景

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, 使該系列芯片可以廣泛應(yīng)用于多種車載系統(tǒng)的一級電源。

• 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