車載電源設計挑戰
加入技術交流群
圖3：使用兩個單獨電感的 SEPIC 拓撲結構
啟動降壓∕升壓轉換器
車載應用中，對于降壓∕升壓轉換器的需求在過去的幾年中日益急劇增長。對于那些需要在電壓瞬態期間（例如：冷啟動）繼續“存活”的應用而言，這就更加有益。
該降壓∕升壓轉換器是一款 DC/DC 轉換器，其具有一個大于或小于輸入電壓振幅的輸出電壓振幅。它是一款開關模式電源，具有同升壓轉換器和降壓轉換器相類似的電路拓撲結構。根據開關晶體管的占空比，可以對該輸出進行調節。
這種拓撲結構由一個降壓功率級和其兩個功率開關組成，并且這兩個開關又通過功率電感連接至一個升壓功率級及其兩個功率開關。這些開關能夠在三種不同運行模式中的一種模式下得到控制。這三個模式分別為降壓∕升壓模式、降壓模式和升壓模式。運行的特殊芯片模式是輸入到輸出電壓比率的函數，同時也是芯片的控制拓撲結構。
TI 推出的 TPIC74100-Q1 是一款降壓∕升壓開關模式調節器，其工作在電源概念下，以確保一個帶有輸入電壓偏移和規定負載范圍的穩定輸出電壓。
圖4：TPIC74100 縱覽
TPIC74100 擁有一個頻率調制方案，其允許系統設計通過在頻帶上擴散頻譜噪聲（而非在特定頻率上達到峰值）來滿足 EMC 要求。
5Vg 輸出是一種開關 5V 調節輸出，其具有內部電流限制功能，以在驅動一個電源線路電容性負載時防止出現 “復位”堅持 (assert)。這種功能由5Vg_ENABLE 引腳控制。如果該輸出（5Vg 輸出）上有一個接地短路，那么輸出通過在斬波模式下運行進行自我保護。但是，在該故障狀態下，這樣做就會增高 VOUT 的輸出紋波電壓。
降壓∕升壓轉換
根據輸入電壓 (Vdriver) 和輸出負載條件，該運行模式自動在降壓和升壓模式之間進行轉換。
在正常運行模式中，該系統將會被配置為一個降壓轉換器。但是，在低輸入電壓脈沖期間，該器件自動地轉換到升壓模式運行，以維持 5V 的電壓調節。當輸入電壓 (Vdrive) 介于 5.8V 和 5V 之間并且取決于負載條件的時候，就會發生這種升壓模式的轉換。
當該器件正運行于升壓模式且 V(driver) 處于 5.8V 至 5V 的轉換窗口中時，輸出調節可能包含一個高于正常情況的紋波，并且僅維持一個 3% 的容差。這種紋波和容差取決于負載情況，負載條件越高，性能就越高。
圖5：降壓∕升壓結構
在一些車載應用中，例如：傳動系和儀表板群，要求低功耗模式運行以實現在車輛點火處于“關閉”期間最小化功耗。降壓∕升壓開關模式調節器擁有一個輸入 LPM，其在輕負載期間被啟用時將以脈沖頻率調制 (PFM) 模式運行，此狀態下電流通常不到 30mA。在大多數系統中，許多存儲器設備均要求在點火處于“關閉”狀態時仍然需要一些功率來保留數據。這通常需要不到 100uA的電流。降壓∕升壓開關模式調節器擁有 150uA（典型值）靜態電流的低功耗模式。通過開關頻率的變化完成調節。
在 PFM 模式下，不存在用于輸出負載的降低的負載電流。這種模式下，轉換器效率更低，由于更高的負載電流，輸出電壓紋波將比 PFM 模式下稍大一些。實施低功耗模式功能，以實現降壓模式運行。在升壓模式條件下，該器件將會自動地進入 PWM 模式。通過啟用低功耗模式，降壓和升壓之間的轉換與 PWM 模式和 PFM 模式之間的轉換同時進行。
結論
在許多車載應用中，車載瞬態電壓是一個將會不斷帶來挑戰的問題。在許多需要在這些狀態期間持續保持運行的車載電源管理系統中，或當電池電壓意外地降到要求輸出電壓電平之下時，降壓∕升壓轉換器將起到一個關鍵作用。TPIC74100-Q1 車載降壓∕升壓轉換器將簡化車載環境中的設計，并且使設計工程師可以節省外部組件和 PCB 空間，且具有功率開關和同步運行集成的特點。TPIC74100-Q1 采用一個帶散熱板的 20 引腳 PWP 封裝，其規定的溫度范圍為-40°C～+125°C。
評論