基于電源管理芯片RTQ2134-QA進(jìn)行光電式焊接檢查封裝

我們使用的汽車正在向著綠色節(jié)能、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的方向發(fā)展，車載電子設(shè)備的計(jì)算能力越來越高，作為人機(jī)界面的屏幕顯示效果越來越好，內(nèi)容越來越豐富。因?yàn)槲磥砥嚹强吹靡姷拿篮?，各種資源都在向著這個(gè)領(lǐng)域匯聚，部分造車新勢(shì)力的市場價(jià)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越傳統(tǒng)車企，能夠完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛的好日子似乎很快就要到了，想起來還是有點(diǎn)讓人期盼的，我就盼著自己還在使用的車子能夠頑強(qiáng)一點(diǎn)，熬到符合我理想的車子出現(xiàn)時(shí)再去更換。

車載電子設(shè)備的能力越高，其內(nèi)部資源也越多，耗電必會(huì)大幅增加，這對(duì)電源管理而言其實(shí)是個(gè)挑戰(zhàn)。以先進(jìn)制程打造出來的 CPU、GPU 能以更低的電壓工作，但由于其內(nèi)部資源的增多和運(yùn)算速度的提高，需要消耗的電流也在大幅增長，再加上這些復(fù)雜器件的內(nèi)部資源并非總是處于平穩(wěn)的工作狀態(tài)，按需啟動(dòng)的它們?cè)谝粏⒁煌Ｖg便把瞬態(tài)的沖擊施加到了電源上，加大了電源穩(wěn)定其輸出的難度，因而要求電源器件在有更大的負(fù)載能力、更高的調(diào)節(jié)精度的同時(shí)還要有更低的紋波指標(biāo)和更快的應(yīng)變能力，同時(shí)也要有更高的可靠性，能夠耐受各種惡劣環(huán)境的考驗(yàn)，能夠順利通過嚴(yán)格的車規(guī)認(rèn)證。

RTQ2134-QA 是通過了 AEC-Q100 Grade 1 認(rèn)證的電源管理器件，它的內(nèi)部包含有 4 路可以合并輸出或單獨(dú)輸出的同步 Buck 轉(zhuǎn)換器，其中的每一路都具有 5.5A 的電流輸出能力，只需在其內(nèi)部包含的一次性可寫入存儲(chǔ)器里寫入特定的數(shù)據(jù)即可將其配置為 2+2 或 2+1+1 的形式，可分別提供 10A+10A 或 10A+5A+5A 的兩組或三組輸出，而每組輸出的電壓都可通過 I2C 接口進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)以滿足負(fù)載各種運(yùn)行模式的需求。

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當(dāng)兩路以上的 Buck 合并運(yùn)行時(shí)，合并在一起的各路以不同的相位運(yùn)行是最合理的安排，這樣可以使輸入、輸出紋波最小化，使整個(gè)系統(tǒng)的性能最優(yōu)化，這便是 RTQ2134-QA 采用的多相運(yùn)行模式，下圖是其規(guī)格書里出示的 Buck1 和 Buck4 兩相運(yùn)行時(shí)的波形圖，在負(fù)載電流為 11A 的情況下，輸出紋波的峰峰值只有幾個(gè) mV。

現(xiàn)今的高性能處理器通常由多個(gè)內(nèi)核構(gòu)成，假如是 FPGA 則包含了大量可編程的邏輯單元，各內(nèi)核或根據(jù)功能的需要而劃分為區(qū)塊的邏輯單元僅在有任務(wù)運(yùn)行需求時(shí)才會(huì)進(jìn)入工作狀態(tài)，其他時(shí)候則處于待機(jī)狀態(tài)，這樣的一進(jìn)一出對(duì)電源轉(zhuǎn)換器來說便是負(fù)載的大幅跳變，必會(huì)造成其輸出電壓的下墜或隆起，逼得轉(zhuǎn)換器必須以極快的速度對(duì)此進(jìn)行響應(yīng)，以便能將輸出電壓迅速拉回到原來的穩(wěn)定狀態(tài)，RTQ2134-QA 解決此問題的辦法是采用 ACOT?（Advanced Constant-On-Time， 改進(jìn)型固定導(dǎo)通時(shí)間）控制架構(gòu)，它能在發(fā)現(xiàn)反饋電壓低于參考電壓時(shí)迅速開啟導(dǎo)通時(shí)段以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出端的能量補(bǔ)充，最大時(shí)延僅為 100ns。在經(jīng)過固定的導(dǎo)通時(shí)間后，如發(fā)現(xiàn)輸出電壓還沒有恢復(fù)則又會(huì)在最多 100ns 以后再次進(jìn)入導(dǎo)通時(shí)段，因而可以用最快的速度將輸出電壓修正到預(yù)設(shè)狀態(tài)。

上圖所示的便是 RTQ2134-QA 分別在兩相或單相運(yùn)行時(shí)面對(duì)負(fù)載的突然增加的反應(yīng)過程，很顯然是兩相運(yùn)行時(shí)的輸出電壓修復(fù)能力會(huì)更強(qiáng)一些。

對(duì)于負(fù)載的突然降低，Buck 轉(zhuǎn)換器的響應(yīng)是盡快結(jié)束上橋開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)段，RTQ2134-QA 因?yàn)椴捎?ACOT? 控制架構(gòu)而能立即進(jìn)入這一狀態(tài)，但是暫時(shí)失去原有出路的電感儲(chǔ)能仍會(huì)因?yàn)橄蜉敵?a href="http://srfitnesspt.com/tags/電容/" target="_blank">電容的轉(zhuǎn)移而造成輸出電壓的隆起，這部分能量需在負(fù)載將其消耗以后輸出電壓才會(huì)自然回到穩(wěn)定狀態(tài)。

將兩個(gè)以上的 Buck 轉(zhuǎn)換器組合成為多相運(yùn)行狀態(tài)的目的是提高負(fù)載能力、降低單個(gè)轉(zhuǎn)換器所用元件的負(fù)擔(dān)并使整體性能更優(yōu)，但是每個(gè)轉(zhuǎn)換器的運(yùn)行都會(huì)造成一定的損耗。為了平衡這樣的矛盾，RTQ2134-QA 在以組合方式運(yùn)行的兩相轉(zhuǎn)換器中加入了自動(dòng)增相、減相的功能，能在負(fù)載大于一定水平（3A）時(shí)自動(dòng)進(jìn)入兩相運(yùn)行模式，又能在負(fù)載降低到一定水平（2.6A）時(shí)自動(dòng)切換回單相運(yùn)行模式，盡量把不必要的消耗自動(dòng)降下來，因而具有低消耗、高供給的能力。為了進(jìn)一步降低損耗，RTQ2134-QA 還具有用戶可選的輕載節(jié)能模式，這是一種電流不連續(xù)的運(yùn)行方式，自然會(huì)帶來輸出紋波變大的結(jié)果，如果這是不可接受的，用戶可在需要時(shí)將其設(shè)定為強(qiáng)制電流連續(xù)模式，這時(shí)便可以得到輸出電壓調(diào)節(jié)精度最高的狀態(tài)。

對(duì)于需要在運(yùn)行中改變工作電壓的應(yīng)用，RTQ2134-QA 支持以最高 3.4MHz 的時(shí)鐘速度通過其 I2C 接口對(duì)其輸出電壓在 0.3V~1.85V 的范圍內(nèi)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，也可以通過一個(gè)外接的輸入信號(hào)對(duì)兩個(gè)寄存器里設(shè)定的輸出電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇以實(shí)現(xiàn)快速的輸出電壓切換，而輸出電壓由一個(gè)水平變化到另外一個(gè)水平的速度是可以由用戶進(jìn)行設(shè)定的。

作為一款車用電源管理芯片，RTQ2134-QA 使用了方便進(jìn)行光電式焊接狀態(tài)檢查的 WET-WQFN-30L 4.5x4（FC） 封裝，其中的 FC 說明其內(nèi)部使用的是晶粒倒裝結(jié)構(gòu)，具有很好的功率耗散能力。其引腳布置是經(jīng)過 FMEA 即失效模式及其影響分析的結(jié)果，可以防范相鄰引腳短路、外部電路故障等可能帶來的惡劣影響，可避免發(fā)生燃燒等嚴(yán)重事故。

RTQ2134-QA 的設(shè)計(jì)中也包含了許多故障防范措施如過流保護(hù)、欠壓保護(hù)、超時(shí)保護(hù)、軟啟動(dòng)和過熱保護(hù)等，在各種故障發(fā)生時(shí)均可以發(fā)出中斷信號(hào)的方式向控制系統(tǒng)發(fā)出通知以方便其進(jìn)行處理，而暫存于寄存器里的數(shù)據(jù)則容許其查詢故障所在，使問題處理過程能夠更直接、更方便。

RTQ2134-QA 的輸入電壓范圍為 3V~6V，用于車機(jī)系統(tǒng)時(shí)可以利用我們介紹過的 RTQ2965-QA 等高壓 Buck 器件作為電壓預(yù)調(diào)節(jié)器去承接來自車輛電池總線的高壓，高低搭配的結(jié)果是可以帶來最佳的性能和成本效益，也使這些不同的器件能夠各得其所，為人類的幸福生活做出最大的貢獻(xiàn)。
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