車載電源設計挑戰(zhàn)

    引言

    在汽車工業(yè)中，對于車載電源|穩(wěn)壓器管理的要求正變得愈加苛刻�，F在，它們要求電源能夠工作在更寬的輸入電壓、更高的電流以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(yōu)異的可配置性和更高的散熱效率。

    開關模式電源的核心組件是 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(tài)生存性 (positive transient survivability)（也就是抑制或未抑制的拋負載狀態(tài)）。車載子系統(tǒng)的出現所帶來的更高負載需求使得這些數據轉換器設計變得更為復雜。本文將給讀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。

    車載瞬態(tài)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均要求保護，以免于受到抑制、瞬態(tài)電壓（高達60V）和反向電壓狀態(tài)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，這也是一種常見的要求。對于車載系統(tǒng)而言，尤為如此，為所有特殊車載電子系統(tǒng)提供電源輸入的主電源必須能夠承受各種瞬態(tài)電壓狀態(tài)（包括交流發(fā)電機的拋負載）。拋負載是指去掉負載時電源電壓發(fā)生的變化。電壓調節(jié)有一個時間常量，并且，如果迅速地將負載去去掉，那么電壓穩(wěn)定則只需幾毫秒的時間。車載電池的作用就是消除這些脈沖，并保持電壓更恒定。

    由于交流發(fā)電機控制環(huán)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，汽車廠商還是給供應商規(guī)定了在其電源輸入端上可能出現的剩余過電壓。這種情況在轎車廠商中更為不同，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(xù)時間為幾十分之幾秒。

    儀器|儀表板應用的冷啟動

    在車載運行環(huán)境中，對于電源管理芯片的需求日益增長。這些需求之一便是需要能夠運行于一個寬電壓偏移范圍的電源管理芯片，直接連接至電池的電子系統(tǒng)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(tài)的一個例子。這種狀態(tài)可發(fā)生在車輛在寒冷環(huán)境下的第一次啟動。如果溫度可以足夠的低（例如：冷卻至零攝氏度）的話，那么引擎用油會變得粘稠。通過要求提供更高的功率和更大的扭矩，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。重負載要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(zhàn)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電子控制部件 (ECU) 或安全關鍵性應用，在一些集群及信息娛樂子系統(tǒng)中也同樣可以看到這些應用的蹤影。當出現該條件時，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(jié)輸出電壓，從而保證這些電子系統(tǒng)可以正確地發(fā)揮作用。

    可用于升壓∕降壓轉換的拓撲結構包括苦干不同的種類：單端初級電感轉換器 (SEPIC)，或一種純降壓∕升壓轉換器。