可靠的車載電源管理設計 拋負載和冷啟動問題的解決

　　車載電源管理的要求正變得愈加苛刻，其要求電源能夠工作在更寬泛的輸入電壓范圍、更高的電流及更高的溫度極值條件下。這些要求將使開關模式電源設計成為主流，因為這種電源設計具有更大的靈活性、更優異的可配置性和更高的散熱效率。

　　開關模式的電源的核心組件是 DC-DC 轉換器。今天的車載轉換器必須能夠支持各種運行條件，例如：低壓運行（也就是冷啟動）和正瞬態生存性 (positive transient survivability)（也就是抑制或未抑制的拋負載狀態）。車載子系統的出現所帶來的更高負載需求使得這些數據的設計變得更為復雜。本文將給設計者提供一個關于車載電源需求的簡要介紹，并且介紹一款由 TI 最近推出的新型 DC-DC 轉換器 TPIC74100。

瞬態保護

　　拋負載

　　幾乎所有直接連接至汽車電池的電子組件和電路都要求保護，以免于受到抑制、瞬態電壓（高達60V）和反向電壓狀態的損害。對于這些電子電路而言，必須能夠經受住電源線路上一定程度的過電壓，這也是種常見的要求。對于那些要求任何特殊車載電子系統的主電源輸入均能夠在各種不同瞬態電壓狀態（包括交流發電機拋負載）下工作的車載系統來說尤為如此。

　　由于交流發電機控制環路關閉的速度不夠快，因此，在將電池電壓去除掉時，其會產生一個高輸出電壓脈沖。正常情況下，在汽車某個中央位置，這種高能脈沖被控制（或抑制）在一個較低的電壓范圍內。但是，汽車制造商還是給其供應商規定了在其電源輸入端可能出現的剩余過電壓。這種情況在不同轎車廠商中有所差異，但是轎車的標準峰值大約為 40V，而商務車的標準峰值則大約為 60V。一個典型拋負載脈沖的持續時間為十分之幾秒，下圖（圖 1）顯示了該拋負載狀態下的典型脈沖。

　　儀表板應用中的冷啟動

　　車載環境對于電源管理芯片的需求正日益增加。這些需求之一便是需要電源管理 IC 能夠在一個寬電壓偏移范圍內工作，直接連接至電池的電子系統通常都會有這種電壓偏移范圍。通過觀察該冷啟動脈沖，可以描述出此類瞬態的一個實例。這種狀態可發生在寒冷環境下車輛的第一次啟動。如果溫度足夠低（冷卻至零攝氏度），那么引擎的油就會變得粘稠，通過要求提供更高的功率（扭矩），這就對馬達提出了重負載要求。這樣就需要能夠提供更高電流的電池。重負載需求可以在該點火周期內將電池電壓立刻下拉至 3V。

　　我們所面臨的挑戰是，一些應用必須在該過程中保持運行。這些應用并非只限于動力傳動系 ECU 或者安全苛求的應用，在一些集群和信息娛樂子系統中也同樣可以看到這些應用的蹤影。當出現該狀態時，電源管理芯片必須對輸入電壓進行升壓，以便保持正確的調節輸出電壓，從而使這些電子系統可以正確地發揮作用。

　　可用于升壓∕降壓轉換的拓撲結構包括若干種類：SEPIC（單端初級電感轉換器），或一種純降壓∕升壓轉換器。

SEPIC 轉換器
　　
　　SEPIC 轉換器提供了一種降壓轉換，直到輸入電壓等于或者降到輸出電壓電平之下。然后，其將提供升壓轉換，直到電池電壓降至最小容許輸入電壓的電平。使用 SEPIC 的一個主要弊端是，它需要一個單耦合電感器（變壓器）或者兩個單獨電感器，以及一個耦合電容器，如圖 3 所示。

　　這些電感器和線圈的體積均較大，需要占用更多的 PCB 空間。在那些必須保持體積尺寸和板級空間的應用中，這種情況就更加不適宜。