芯洲科技DCDC产品再升级，满足不同LED车灯电源架构所需，向节能化、智能化和个性化方向发展

时间： 2024-01-22 来源：SCT芯洲科技公众号

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随着LED封装技术的成熟和成本的下降，LED车灯渗透率迅速提升。车灯控制技术不断向节能化、智能化和个性化方向发展。ADB大灯配置门槛下探，像素数据急剧增加，LED数量不断增加，陆续有智能车灯达到百万级像素，且动画效果需求越来越复杂。

一、前大灯电源架构

汽车前大灯总成一般包含远近光灯、转向灯、日行灯和位置灯，不同类型灯串颗数不同。为满足智能大灯系统对于供电的新需求，越来越多的大灯控制器开始采用BOOST CV+BUCK CC两级供电方式，以适应更高的负载瞬态变化。

图2 汽车前大灯电源架构

芯洲推出的SCT8162xQ就可以实现BOOST CV解决方案，它是一款使用非常灵活的DC/DC控制器，内置丰富的保护功能。通过简单地调整外部元器件即可实现多种电源拓扑架构。

产品优势

1、极大优化EMI性能

车灯需通过严苛的CISPR 25，芯洲从芯片层级出发设计支持展频功能优化EMI性能。通过将窄带的谐波尖峰能量分散到展频区域的多个频率段，以降低尖峰能量，可以极大地优化基频以及倍频的EMI性能，进而可以轻松应对传导要求，节省系统成本。抖频范围为开关频率的±6%，调制率为开关频率的1/512。

2、打嗝保护模式

简单的峰值电流限制保护，输出短路时导致电流上升很快，电感温升增加，加上控制电路中的消隐时间不监控和控制电路的延迟等。在系统每个开关周期，主开关管都必须导通一个最小的时间。起始电流不断累积，极端情况下，电感有可能会饱和，损坏系统。

在检测到输出短路过流时，SCT8162xQ不会立马进行打嗝保护，而是检测到64个过流周期后（或者VFB欠压），才进入打嗝模式。在关闭32768个循环后，设备从软启动阶段重新启动进一步防止输出过冲。确保车灯系统在极端条件下的安全操作。

图3 SCT8162xQ 产品细节

3、开关频率可调整

通过外部电阻编程100kHz至2.2MHz开关频率。2.2MHz的开关最大限度地减小了AM波段的干扰，并允许小尺寸的解决方案和快速的瞬态响应。

4、支持额外斜坡补偿

车灯应用中LED灯串电压高，大占空比应用下，峰值电流模式因电流峰值控制方式与输出负载电流之间误差等容易产生次谐波振荡，最容易的方法是要有足够的斜坡补偿，不然就得牺牲电感的尺寸选用较大的电感值。

SCT8162xQ除内部固定的斜坡补偿外，还可通过Isns引脚的外部电阻进行额外斜坡补偿。当斜坡补偿系数Mc增加的时候，相位得到改善，降低了环路带宽，使得动态响应的降低，所以补偿系数不是越大越好，应该兼顾环路的稳定以及动态。

二、尾灯电源架构

汽车尾灯一般由刹车灯、倒车灯、转向灯、雾灯等组成。为追求独特的个性化设计，提供视觉上的吸引力，动画灯是一个显著的发展需求。随着对尾灯动画效果要求的增加，尾灯驱动电源也发生了变化。大部分企业采用Buck CV+LED驱动器，且供电系统呈更大功率趋势。芯洲推出的SCT2464Q是解决大功率高性价比同步Buck CV方案。

图4 汽车尾灯电源架构图

产品优势

1、极致的EMI特性

开关电源中两大噪声源之一di/dt通过环路中的寄生电感对外产生噪声从而产生EMI问题。电源输入环路内寄生电感越大，噪声干扰越大。寄生电感包含PCB走线以及芯片封装的寄生电感，所以减小寄生电感即减小高频电流环的面积。上下MOS管集成到芯片里，同时V_IN/GND PIN脚临近，这样Cin电容可以非常靠近芯片，实现更小的输入电流环路面积。倒装工艺是采用铜柱连接晶圆和封装引脚，进一步大大降低寄生电感。

di/dt产生差模共模噪声外，还产生磁场耦合问题，进而影响EMI特性。V_IN/GND高频电流环对称设计，电流相反，产生的磁场相反可以相互抵消，减小磁场耦合的EMI问题。

同时，结合抖频功能和芯洲专利的MOSFET多极栅极驱动技术，有效减小了开关节点的寄生震荡，在减小内部MOS器件应力的同时，还能有效优化器件的EMI特性。

图5 SCT2464Q产品细节

2、低压差输入输出直通模式

汽车尾灯照明应用，测试时输入电源电压低至6V，输出3颗红色LED串联应用时，输入输出电压非常接近，需要能支持低压差直通工作。

根据压差可知，降低工作频率能有效降低压差。采用芯洲的专利技术降频过程更丝滑，输入输出压差更小。并通过限制最低工作频率消除传统直通模式的音频噪声问题。

3、更低功耗

支持外部供电。Vout大于4.8V时，将BIAS引脚接至Vout，芯片控制电路供电LDO由原来的Vin脚切换至BIAS引脚供电，减小压差，进一步降低功耗。

三、贯穿灯电源架构

贯穿式尾灯贯穿整个车辆尾部，结合流畅的光线条设计、炫酷的光影效果，让车辆在夜间行驶中更加醒目和安全，且更具辨识度。近年来在新车型上面有着广泛的应用，成为汽车设计中的重要元素。供电系统中除了功率部分外，逻辑通讯的MCU和CAN，需要低功耗、保护功能齐全、可靠性高的LDO，芯洲推出的SCT71403Q和SCT71405Q正是优解。

图6 贯穿灯电源架构图

产品优势

1、折返过流保护方式

贯穿灯因其结构决定了灯板是由多片PCB拼接而成，LDO输出线跨越多片PCB，且连接器较多，有很大的短路风险，所以需要一个稳定可靠的保护机制。

目前针对LDO的输出短路保护主要有两种模式：恒定限流与折返式过流保护。恒定限流方式结构相较简单，但过载或短路时功耗大，功率管管温升高，进而减小功率管对大电流的承受能力，且长时间工作下的大电流或汽车应用中的输入电压瞬变可能烧毁功率管。折返式是在输出电压下降到设定值时降低过流限值，从而防止过载或输出短路等极端情况下对LDO的损害，使其工作在安全区。

图7 SCT71403Q产品细节

2、超低静态功耗

车灯是在特定条件触发后才工作，未触发之前应该保持尽可能低的功耗，所以长期待机功耗是个重要性能指标，SCT71403Q和SCT71405Q静态电流分别为2.4μA和3μA，在40V输入应用的LDO中处于行业领先水平。

图8 SCT71405Q产品细节

3、PG延时可调整，消除系统多路电源控制的烦恼

车灯作为一个功能安全相关的产品，MCU需要一个稳定可靠的电源及上电时序，延时可调整功能确保了电源电压在有效值以上位置保持一段稳定的时间窗口或时序间隔后释放PG信号。

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