車載電源設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)
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圖3：使用兩個(gè)單獨(dú)電感的 SEPIC 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
啟動(dòng)降壓∕升壓轉(zhuǎn)換器
車載應(yīng)用中，對(duì)于降壓∕升壓轉(zhuǎn)換器的需求在過去的幾年中日益急劇增長。對(duì)于那些需要在電壓瞬態(tài)期間（例如：冷啟動(dòng)）繼續(xù)“存活”的應(yīng)用而言，這就更加有益。
該降壓∕升壓轉(zhuǎn)換器是一款 DC/DC 轉(zhuǎn)換器，其具有一個(gè)大于或小于輸入電壓振幅的輸出電壓振幅。它是一款開關(guān)模式電源，具有同升壓轉(zhuǎn)換器和降壓轉(zhuǎn)換器相類似的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。根據(jù)開關(guān)晶體管的占空比，可以對(duì)該輸出進(jìn)行調(diào)節(jié)。
這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由一個(gè)降壓功率級(jí)和其兩個(gè)功率開關(guān)組成，并且這兩個(gè)開關(guān)又通過功率電感連接至一個(gè)升壓功率級(jí)及其兩個(gè)功率開關(guān)。這些開關(guān)能夠在三種不同運(yùn)行模式中的一種模式下得到控制。這三個(gè)模式分別為降壓∕升壓模式、降壓模式和升壓模式。運(yùn)行的特殊芯片模式是輸入到輸出電壓比率的函數(shù)，同時(shí)也是芯片的控制拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
TI 推出的 TPIC74100-Q1 是一款降壓∕升壓開關(guān)模式調(diào)節(jié)器，其工作在電源概念下，以確保一個(gè)帶有輸入電壓偏移和規(guī)定負(fù)載范圍的穩(wěn)定輸出電壓。
圖4：TPIC74100 縱覽
TPIC74100 擁有一個(gè)頻率調(diào)制方案，其允許系統(tǒng)設(shè)計(jì)通過在頻帶上擴(kuò)散頻譜噪聲（而非在特定頻率上達(dá)到峰值）來滿足 EMC 要求。
5Vg 輸出是一種開關(guān) 5V 調(diào)節(jié)輸出，其具有內(nèi)部電流限制功能，以在驅(qū)動(dòng)一個(gè)電源線路電容性負(fù)載時(shí)防止出現(xiàn) “復(fù)位”堅(jiān)持 (assert)。這種功能由5Vg_ENABLE 引腳控制。如果該輸出（5Vg 輸出）上有一個(gè)接地短路，那么輸出通過在斬波模式下運(yùn)行進(jìn)行自我保護(hù)。但是，在該故障狀態(tài)下，這樣做就會(huì)增高 VOUT 的輸出紋波電壓。
降壓∕升壓轉(zhuǎn)換
根據(jù)輸入電壓 (Vdriver) 和輸出負(fù)載條件，該運(yùn)行模式自動(dòng)在降壓和升壓模式之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
在正常運(yùn)行模式中，該系統(tǒng)將會(huì)被配置為一個(gè)降壓轉(zhuǎn)換器。但是，在低輸入電壓脈沖期間，該器件自動(dòng)地轉(zhuǎn)換到升壓模式運(yùn)行，以維持 5V 的電壓調(diào)節(jié)。當(dāng)輸入電壓 (Vdrive) 介于 5.8V 和 5V 之間并且取決于負(fù)載條件的時(shí)候，就會(huì)發(fā)生這種升壓模式的轉(zhuǎn)換。
當(dāng)該器件正運(yùn)行于升壓模式且 V(driver) 處于 5.8V 至 5V 的轉(zhuǎn)換窗口中時(shí)，輸出調(diào)節(jié)可能包含一個(gè)高于正常情況的紋波，并且僅維持一個(gè) 3% 的容差。這種紋波和容差取決于負(fù)載情況，負(fù)載條件越高，性能就越高。
圖5：降壓∕升壓結(jié)構(gòu)
在一些車載應(yīng)用中，例如：傳動(dòng)系和儀表板群，要求低功耗模式運(yùn)行以實(shí)現(xiàn)在車輛點(diǎn)火處于“關(guān)閉”期間最小化功耗。降壓∕升壓開關(guān)模式調(diào)節(jié)器擁有一個(gè)輸入 LPM，其在輕負(fù)載期間被啟用時(shí)將以脈沖頻率調(diào)制 (PFM) 模式運(yùn)行，此狀態(tài)下電流通常不到 30mA。在大多數(shù)系統(tǒng)中，許多存儲(chǔ)器設(shè)備均要求在點(diǎn)火處于“關(guān)閉”狀態(tài)時(shí)仍然需要一些功率來保留數(shù)據(jù)。這通常需要不到 100uA的電流。降壓∕升壓開關(guān)模式調(diào)節(jié)器擁有 150uA（典型值）靜態(tài)電流的低功耗模式。通過開關(guān)頻率的變化完成調(diào)節(jié)。
在 PFM 模式下，不存在用于輸出負(fù)載的降低的負(fù)載電流。這種模式下，轉(zhuǎn)換器效率更低，由于更高的負(fù)載電流，輸出電壓紋波將比 PFM 模式下稍大一些。實(shí)施低功耗模式功能，以實(shí)現(xiàn)降壓模式運(yùn)行。在升壓模式條件下，該器件將會(huì)自動(dòng)地進(jìn)入 PWM 模式。通過啟用低功耗模式，降壓和升壓之間的轉(zhuǎn)換與 PWM 模式和 PFM 模式之間的轉(zhuǎn)換同時(shí)進(jìn)行。
結(jié)論
在許多車載應(yīng)用中，車載瞬態(tài)電壓是一個(gè)將會(huì)不斷帶來挑戰(zhàn)的問題。在許多需要在這些狀態(tài)期間持續(xù)保持運(yùn)行的車載電源管理系統(tǒng)中，或當(dāng)電池電壓意外地降到要求輸出電壓電平之下時(shí)，降壓∕升壓轉(zhuǎn)換器將起到一個(gè)關(guān)鍵作用。TPIC74100-Q1 車載降壓∕升壓轉(zhuǎn)換器將簡化車載環(huán)境中的設(shè)計(jì)，并且使設(shè)計(jì)工程師可以節(jié)省外部組件和 PCB 空間，且具有功率開關(guān)和同步運(yùn)行集成的特點(diǎn)。TPIC74100-Q1 采用一個(gè)帶散熱板的 20 引腳 PWP 封裝，其規(guī)定的溫度范圍為-40°C～+125°C。
評(píng)論