A8450是汽车多输出电压调节器

特征

*6 V至45 V输入范围

*5.7V输出的dc-dc降压变换器

*带折叠和欠压锁定的过电流保护（UVLO）

*双5 V输出

–数字5 V±2%，200毫安

–模拟5 V，200毫安

–模拟调节器上的短路保护

–模拟-数字调节器输出跟踪<0.5%，贯穿始终

工作温度范围

*3.3V线性调节器，带折叠电流限制

*可调1.2V至3.3V线性调节器，可调折叠电流限制

*点火开关启用；睡眠模式

*低输入电压下的100%占空比运行

*电源正常输出

*–40°C至135°C环境工作温度范围

A8450是一种用于汽车应用的多输出电源。A8450工作在一个广泛的输入电源范围，是为了满足高环境温度的要求而设计的。

四个稳压输出提供多种选择。3.3 V调节器和1.2至3.3 V可调调节器可用于为微控制器或DSP核心供电，或用于I/O、传感和A-D转换。两个5V输出，一个数字，另一个模拟，在工作温度范围内输出跟踪在0.5%以内。此外，模拟调节器还可防止对蓄电池短路。所有四个调节器都具有折叠电流限制保护。

可以使用两个输入引脚启用或禁用设备。ENBAT引脚上的高压输入允许使用发动机点火或蓄电池开关信号启用/禁用。ENB引脚上的逻辑电平输入允许微控制器或DSP信号启用/禁用。禁用时，A8450的电流小于10微安。POR（上电复位）模块监控电源电压，并提供复位信号，具有可调延迟，用于微控制器或DSP复位。

一个单独的故障管脚信号TSD（热关机）、5 V模拟电源短路和5 V模拟或数字欠压。

A8450采用24针SOIC封装（零件号后缀LB），带有保险丝电源接地引脚，以提高热性能。这在4层板上提供了35°C/W的RθJA（见第4页的图表）。

订购时使用以下完整的零件号：

功能框图

时序图

载瞬变图

车辆识别号=12伏；ILOAD=100毫安；温度A=25°C；交流耦合；C1、C2、C3和C4=1微F。

对于可调节调节器，瞬态负载响应随着电压的降低而提高。这是因为调节器能够提供更多的基极驱动（VADJBD），因为有更多的可用电压。当可调调节器接近3.3v时，其瞬态负载响应相当于V33调节器的响应。

对于所有的调节器，负载瞬变可以通过增加输出电容（C1、C2、C3和C4）来改善。为了降低ESR，最好使用陶瓷电容器。然而，陶瓷型电容器中的大值要么不可用，要么非常昂贵。如果需要更大的值，在22μF以上，低ESR的电解电容器可以使用额定值。性能可以进一步提高t（50微秒/分）通过与电解液平行添加1μF陶瓷。

功能描述

带开关调节器的Buck变换器. A8450集成了电流模式、变频降压dc-dc转换器和开关调节器，如图2所示。此功能允许设备有效地处理各种输入电源级别的电源。dc-dc转换器输出5.7v典型电压，过电流限制为1.2a典型电压。

转换器采用软启动特性。通过控制通电时为外部电容器、COUT和任何直流负载充电所需的浪涌电流，这将使转换器输出电压变缓，并限制对VREG的最大需求。

内部电荷泵为N沟道MOSFET降压开关提供栅极驱动。当使用低VBB输入电压时，实现了100%的占空比。

当VBB低于12v时，关闭时间tOFF减少，如图3所示。这种降低使开关频率fPWM保持在一个合理的范围内，并降低了纹波电流。降低低VBB电平下的纹波电流可防止VREG纹波电压引起的线性调节器余量降低。

5 V线性调节器。提供两个5V中功率线性调节器。这些低压差稳压器具有可折叠限流功能，用于短路保护。当短路作用于稳压器输出端（V5A或V5D），电流在50毫安时折回到0伏，如图4a所示。当短路消除时，电压恢复到其调节输出端。

在通电期间，V5A和V5D调节器相互跟踪，当设备启用并从禁用模式加速时，当VREG达到约1.8V时，调节器将开始跟踪。这些调节器保证在正常工作条件下相互跟踪在0.5%以内。

3.3V和可调线性调节器。两个额外的线性稳压器，一个输出3.3v，另一个输出1.2v到3.3v可调，可以用外部npn通晶体管实现。可调调节器的输出电压voutvaj（V）由输出电阻R1和R2（Ω）的值设置。它可以计算为：

其中V FB（V）是反馈管脚FB上的电压。

额外的引脚，CL33和CLADJ，提供了设置电流限制。它们用于保护外部通路晶体管不受对地短路的影响。电流极限设定值ICL（mA）使用以下公式计算：

其中RCL（Ω）是与该调节器相对应的限流电阻器（R3用于3.3 V调节器，R4用于可调调节器）。当超过ICL时，如图4b所示，通过调节器的最大负载电流折回到ICL±10%的40%。如果不需要限流，则CL33和CLADJ引脚应短接到VREG引脚。

禁用模式.当两个输入信号引脚ENBAT和ENB被拉低时，A8450进入禁用模式。这是一种睡眠模式，在这种模式下，所有内部电路都被禁用，以便从VBB中吸取最小的电流。当这些引脚中的任何一个被拉高时，设备将被启用。当从禁用模式出现时，buck变换器开关调节器在电荷泵稳定之前不工作（约300微秒）。

启用模式. 当一个或两个信号输入引脚ENBAT和ENB处于高状态时，A8450被启用。

ENBAT是一种边缘触发启用（逻辑1≥2.7 V），用于响应高压信号（如来自汽车点火开关或蓄电池开关）启用A8450。在此容量下，ENBAT仅用作唤醒设备的瞬时开关。如果不需要高压信号，可以将ENBAT持续拉低。

ENB用于启动设备的复位。如果ENBAT被拉低，ENB充当单个复位控制。

诊断。通过NFAULT引脚的开路漏极输出被拉低，以向DSP或微控制器发送以下任何故障条件的信号：

•V5A，5 V模拟调节器输出，对电源短路

•V5A和V5D调节器输出中的一个或两个低于其UVLO阈值VUVLOV5

•设备连接温度TJ超过热警告阈值TJTW

充油泵。电荷泵产生高于VBB的电压，以便为N通道buck开关提供足够的栅极驱动。应在VCP引脚和VBB引脚之间连接一个0.1μF陶瓷单片电容器C7，作为运行降压转换器开关调节器的储能器。

VCP受到内部监控，以确保在发生故障时充油泵被禁用。此外，CP1和CP2之间应连接一个0.1μF陶瓷单片电容器C8。

开机复位延时。POR块监控电源电压，并提供一个信号，可用于重置DSP或微控制器。POR事件由以下任一条件触发：

•V33或VADJ被拉到其UVLO阈值以下，VUVLOV33或VUVLOVADJ。如果当前限制在任一调节器上，VOC都超过。如果由于电流超过IDSLIM，VREG电压降至VREGMON以下，也会发生这种情况。

•输入信号引脚ENB和ENBAT均被拉低。这会立即将NPOR引脚拉低，表明设备正在开始断电序列。此外，buck变换器开关调节器被禁用，VREG电源开始下降。VREG衰减的速率取决于总电流消耗、ILOAD和输出电容器（C1、C2、C3和C4）的值。

•VREG低于其紫外线阈值。

•在任何正常通电期间，VOUTVADJ低于VUVLOVADJ，触发POR。

通过NPOR管脚提供开漏输出，向DSP或微控制器发送POR事件信号。复位发生在由连接到CPOR引脚的外部电容C9设置的可调延迟tPOR之后。tPOR（ms）的值使用以下公式计算：

式中，CCPOR（μF）是C9电容器的值。

通过降低ENB和ENBAT管脚的脉冲，可以在不显著降低电源电压VREG的情况下强制实施POR。然而，脉冲持续时间应足够短，以便VREG不会显著下降。

热关机. 当检测到装置连接温度TJ为TJTSD（比热警告温度TJTW高约15°C）时，NFAULT引脚指示故障。同时，热关机电路禁用buck转换器，保护A8450免受损坏。

组件选择

输出感应器（L1）。这个电感器必须额定为处理总负载电流，ILOAD。此外，选择的值必须使纹波电流保持在合理的水平。典型的选择是额定值为100μH和1.3 A的功率感应器。

最坏情况下的纹波电流iriple（max）（mA）可计算为：

其中LL1（μH）是选定组件的电感，VL1OFF是通过电感的电压（V），当A8450处于静止状态：

其中VD1（V）是二极管D1上的电压降，ILOAD（mA）是总负载电流，RL1是选定电感器在其额定温度下的指定直流电阻（Ω）。

buck变换器中开关调节器的频率fPWM（Hz）可以通过：

式中，吨（μs）计算为：

和VL1ON（V）为：

例子

给定典型应用，VBB=14 V，tOFF=4.75微秒，ILOAD=550毫安。（注意，对于VBB>12v，tOFF的值是常数，如图3所示。）

还提供了一个100μH的功率电感，额定值为400 mΩ，温度为125℃（注意，电感的温度额定值可能包括自加热效应。如果125℃额定值包括在最大电流下20℃的自加热温升，则实际环境温度TA不能超过105℃。

在输出短路的情况下，buck变换器可以达到其内部电流极限IDSLIM，通常为1.2a。为确保安全运行，所选电感器的ISAT额定值应大于1.4 A。但是，如果为3.3 V和可调（1.2 V至3.3 V）稳压器选择的外部电流限制电阻器R3和R4的额定值使总电感器电流ILOAD永远无法达到该内部电流限制，则电感器可以选择ISAT额定值接近设备计算输出电流ILOAD，加上最大纹波电流IRIPLE（max）。

可以选择较高的电感值来降低虹膜。如果希望增加从开关调节器引出的总最大电流，则可以选择此方法。可用的最大总电流ILOAD（mA）计算为：

捕捉二极管（D1）. 肖特基捕捉二极管的额定值应为最大负载电流ILOAD的1.2倍，因为在低输入电压VBB下的占空比可以非常接近100%。额定电压应高于任何运行条件下预期的最大输入电压VBB（max）。

VREG输出电容器（COUT）. 在选择VREG输出电容器COUT时，主要考虑VREG输出中的电压纹波。峰间输出电压纹波VRIPPLE（p-p）（mV）计算如下：

ESR单位为欧姆。建议VRIPPLE（p-p）的最大电平小于200 mV。

对于电解输出电容器，建议采用低ESR型，最低额定电压为10 V。但是，由于ESR随电压降低，最经济有效的选择可能是额定电压较高的电容器。

调节器输出电容器（C3和C4）. 与3.3 V调节器（C3）和1.2 V至3.3 V可调调节器（C4）一起使用的输出电容器应为1μF或更大的X7R（5%公差）陶瓷或等效电容器，在-55℃至125℃的温度范围内，最大电容变化为±15%。

这些电容器的ESR不影响相应调节器的输出。如果使用更大的电容，则调节器在大于100 kHz的频率下改善了纹波抑制。

通过晶体管（Q1和Q2）. 用于实现3.3 V调节器和1.2 V至3.3 V可调调节器的通电晶体管必须确保：

•稳定运行。调节器控制回路的截止频率为100 kHz。必须选择具有增益带宽积fT（kHz）和beta、hFE（A）额定值的晶体管：

•足够的底座驱动。对于较低的总负载电流，可以使用较低的电流增益hFE，ILOAD。ILOAD的下限由A8450的最小基极电流、IBD（最小）和通过晶体管的最小hFE限制，以便：

注意，hFE取决于工作温度。较低的温度会降低hFE，影响晶体管的电流容量。

•有足够的功耗。为了确保适当的热处理，应用程序的设计必须考虑安装A8450和pass晶体管的PCB的热特性、环境温度和晶体管封装的功耗特性。一般来说，功率损耗PD（mW）由：

对于VREG=5.8 V，VOUT的典型应用=2.5伏，ILOAD=190毫安

调整通晶体管功耗

晶体管有多种封装类型，封装的散热效率也有很大的不同。一般来说，提高热效率也会大大增加成本。选择与操作条件紧密匹配的包对于优化应用程序设计和成本非常重要。

即使使用热增强型封装，在高环境工作温度下也很难向负载提供高电流。根据负载要求，如图5所示，可能需要使用降阻器来保护通管不过热。

输出电流限制电阻RCL（对应于R3和R4）在最高电流输出ILOAD时将在175 mV和225 mV之间下降。假设没有附加电阻，则每次通过时电压下降，VDROP（mV）。

晶体管是：

这可以代入功耗公式：

给出了一个典型的应用，其中VREG=5.8v，VRCL=0.175 V，VOUT=3.3 V，ILOAD=350毫安，则PD约为814兆瓦。

局部放电可用于估计晶体管所需的最低工作温度额定值。封装散热的能力近似于从模具（连接点）到周围环境的热阻Rθ（℃/W）。这包括通过封装引线和安装晶体管的PCB的损耗的显著影响，以及环境空气的状态。DPAK封装的典型额定值为32℉C/W。给定PD=0.814 W，封装中的预期自感温升∏TJ（℃）近似为：

在汽车应用中，如果发动机罩下的环境温度可以超过125℃，则必须对通管进行额定，以在大于或等于151℃的温度下提供所需的beta值，外加安全工作裕度。

对于选定的晶体管，VCE可以根据电流、温度和晶体管β而变化。通常情况下，晶体管的额定值在规定的VCE下为最小β。但是，VCE的计算应该留有一定的裕度，这样总有足够的空间在所需的负载下驱动设备。

为了提供工作裕度，或者如果需要较低的RCL值，可以在RCL和晶体管之间的电路中添加压降电阻器RDROP（图5）。在电阻值和VREG中考虑公差也很重要。VREG（min）电压为5.6v，降低了局部放电水平，同时降低了VCE的可用电压。计算最大和最小压降有助于确定压降电阻的值。

所需的降阻值RRDROP可根据电路各部件的电压降确定，如下式所示：

哪里

假设VREG（max）=5.8 V，VOUT（max）=3.3 V。还假设TA=125°C，VCE=1V（根据MPSW06 npn晶体管的规定，在125°C时beta=300）。

为了确定限流电阻和降阻电阻的电阻值，VRCL和VDROP可以用ILOAD（lim）表示：

假设典型的ILOAD=350毫安。然而，在正常工作条件下，由RCL设置的电流限制将高于预期的正常电流，因此假设ILOAD（lim）=0.400 A和RCL=44Ω。代替测定VRCL：

我们现在可以解决RRDROP和VDROP

因此，

和

使用四个0.25 W电阻（值为14.7Ω）并联将降低1.3伏。

使用如上所计算的降阻，晶体管中的功耗PD（W）降低到：

和

晶体管中损耗的功率显著降低。功率封装中的晶体管，在400毫安（50毫安的裕度）时，Rθ为32摄氏度/瓦，在有降阻的情况下，温度上升13摄氏度，而在350毫安时，类似的晶体管在没有降阻的情况下，温度上升26摄氏度。在高输出电流下，适当选择降阻器可以防止外部通路晶体管过热。

A8450功耗. A8450设计用于高环境温度的应用。设备中消耗的总功率必须与安装A8450的PCB的散热能力以及设备包本身的能力结合起来考虑。

封装散热的能力近似于从模具（连接处）到周围环境的热阻Rθ（℃/W）。这包括通过封装导线和封装安装在其上的PCB的损耗的显著影响，以及环境空气的温度。当安装在高导热印刷电路板（基于JEDEC标准印刷电路板，具有四层埋铜区域）上时，24引线SOIC的测试结果约为35°C/W。

可施加到装置上的总功率PD（lim）（W）受装置最大允许结温TJ（max）（摄氏度）、Rθ和环境空气温度TA（摄氏度）的影响，如下式所示：

PD（lim）可以根据几个参数进行估计，使用以下公式：

其中

和ILOAD=ILOAD（V33）+ILOAD（VADJ）+ILOAD（V5D）+ILOAD（V5A）RDSON是TJ的函数。为了估算局部放电（lim），可以假设该关系在实际TJ工作范围内是线性的（见电气特性表中的RDSON试验条件）。

DC（占空比）是VBB和VREG的函数。这可以精确地计算为：

对DC的粗略估计是：

IV33BD（max）是V33BD引脚上的最大电流。它依赖于IOUTV33和晶体管的hFE。

IADJBD（max）是VADJBD引脚上的最大电流。它依赖于晶体管的IOUTVADJ和hFE。

过电流保护

3.3 V和1.2至3.3 V可调调节器提供的电流仅限于ICL。如图4b所示，ICL以上的电流呈线性折叠。在短路负载的情况下，集电极电流降低至ICL±10%的40%，以确保对通晶体管的保护。短路消除后，电压恢复到规定水平。

短路负载条件下晶体管中消耗的最大功率为：

其中VOUT=0 V。

低输入电压运行

当电荷泵已经倾斜到足以增强buck开关时，buck转换器开关调节器被启用。这在VBB≈5.7v时发生。此时，A8450的占空比DC可以强制为100%，直到车辆识别号足够高，允许开关开始正常工作。正常开关开始的点取决于环境温度TA。TA增加导致RDSON增加。其他重要因素是ILOAD、VREG、输出电感的ESR（L1）和输出肖特基二极管的正向偏压（D1）。

调节器旁路

有些应用可能不需要使用A8450中提供的所有四个调节器。对于未使用的调节器，不需要相应的外部组件。

如果应用不需要两个5V调节器中的一个或两个，则不连接其输出端子V5D或V5A，绕过未使用的调节器。同时，也不使用相应的输出电容器C1或C2。

对于3.3 V调节器和1.2 V至3.3 V可调如果不需要调节器，则不使用相应的外部部件。此外，如果不使用3.3V调节器，则CL33和V33不连接。如果不使用可调调节器，则CLADJ和FB未连接。然而，为了确保A8450的稳定性，任何未使用调节器的基础驱动销V33BD或VADJBD必须对VREG短路。

导线6、7、18和19是内部保险丝接地导线，用于增强散热。准确的外观取决于供应商的判断。

此处描述的产品是根据一项或多项美国专利或正在申请的美国专利制造的。

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