3V至36V寬VIN範圍的升壓解決方案

2020-12-04 電子發燒友

3V至36V寬VIN範圍的升壓解決方案

佚名 發表於 2018-03-08 09:56:41

汽車電池的穩態電壓範圍為9V至16V，具體取決於其充電狀態、環境溫度和交流發電機工作狀態。然而，電池電源總線也受到廣泛的動態幹擾，包括起停、冷啟動和負載轉儲瞬變的限制。

每個汽車製造商除了由國際標準化組織（ISO）7637和ISO 16750等行業標準給出的標準脈衝波形之外，還具有獨特且廣泛的傳導抗擾度測試套件。表1列出了幾種欠壓和過壓汽車瞬變特性。

發電機引起的噪聲

在音頻範圍內，一個特別討厭的噪聲源是汽車交流發電機，其輸出端所產生的殘留交流電會導致交流發電機發出「嗚嗚聲」和電源調製問題。表1中提到的ISO 16750-2第4.4節描述了在50Hz至25kHz的頻率範圍內交流發電機輸出的紋波電壓，峰值幅度（VPP）為1V、2V和4V，具體取決於測試脈衝的嚴重程度。參見圖1。

 圖1：ISO 16750-2疊加交流電壓測試（a）；在兩分鐘掃描持續時間內從50Hz到25kHz的對數頻率掃描曲線（b）

在許多車輛中，由低通電感 - 電容（LC）濾波器和瞬態電壓抑制器（TVS）二極體組成的集中式無源電路保護網絡被用作抑制瞬態幹擾的第一道防線。位於保護網絡下遊的汽車電子器件的額定值可承受高達40V的瞬態且不會損壞。然而，LC濾波器要求的截止頻率要衰減低頻幹擾，導致產生了相當大的濾波電感和電解電容。此時，一個有源功率級的存在是必要的，其可以消除龐大的無源濾波器組件，並為緊湊的電壓調節和瞬態抑制提供了緊湊且經濟高效的解決方案。

四開關同步降壓 - 升壓穩壓器

寬VIN降壓 - 升壓穩壓器解決方案的優點在於其高電源抑制比（PSRR），提供優異的瞬態力學來衰減輸入電壓瞬變。考慮到這一點，我最近寫了一篇文章：「汽車前端降壓 - 升壓穩壓器主動過濾電壓幹擾」，它描述了汽車應用的高密度解決方案。

圖2所示為四開關降壓 - 升壓穩壓器的原理圖，用於輸出緊密調壓的12V導軌。該解決方案非常適用於關鍵的汽車功能，包括傳動列、燃料系統以及車身和安全子系統，即使在最嚴重的電池電壓瞬變過程中，負載必須保持供電而沒有故障。這種易於使用的設計工具簡化了穩壓器設計，從而實現了設計和上市時間的速度提升。

圖2：具有3V至36V寬VIN範圍的四開關同步降壓 - 升壓解決方案

圖3a所示為當9V的直流輸入具有帶1V峰幅度和1kHz頻率的疊加正弦波紋時的降壓 - 升壓穩壓器的輸出電壓波形。輸入紋波衰減約40dB。圖3b所示為在使用汽車冷啟動模擬器的冷啟動瞬變下降至3V，持續20ms的輸出電壓。四開關降壓 - 升壓轉換器通過冷啟動曲線無縫調壓。

圖3：測量的四開關降壓 - 升壓轉換器：9V直流輸入（a）波紋抑制；冷啟動性能（b）

總結

憑藉其高電源電壓抑制比（PSRR）、高效率和低總體物料清單成本，如同TI的LM5175-Q1電流模式控制器的四開關同步降壓 - 升壓為減輕汽車應用中的瞬態幹擾提供了有用的解決方案。該降壓 - 升壓控制器具有汽車業認證，可方便其集成到車載12V單電池和24V雙電池系統中。

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