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預升壓參考設(shè)計,解決冷啟動瞬變的簡單解決方案

發(fā)布時間:2021-02-07 責任編輯:wenwei

【導讀】汽車制造商希望在越來越多的新車型中配備啟停功能。但是,這給汽車電子設(shè)計帶來了挑戰(zhàn),因為在寒冷的天氣條件下啟動發(fā)動機會使電池電壓降低至 3V。這就是所謂的“冷啟動”。”
 
1.概述 
 
1.1 描述 
 
汽車制造商希望在越來越多的新車型中配備啟停功能。但是,這給汽車電子設(shè)計帶來了挑戰(zhàn),因為在寒冷的天氣條件下啟動發(fā)動機會使電池電壓降低至 3V。這就是所謂的“冷啟動”。”
 
大部分 12V 汽車系統(tǒng)的功率級由一個降壓變換器組成,該變換器通常將輸出電壓調(diào)節(jié)至 5V 或 3.3V。即使該調(diào)節(jié)器以低壓差模式開始工作,大多數(shù)電路也會受到輸入電壓跌落的影響,并且可能會停止工作。電子控制單元(ECU)始終在 12V 標稱電池電壓下啟動,并且啟動之后會發(fā)生冷啟動瞬變。使用預升壓解決方案可以解決此問題。
 
預升壓電路包含一個升壓變換器,它串聯(lián)在降壓變換器之前,當降壓變換器的電壓降到某個閾值以下時,升壓變換器可以升高該電壓。這樣,降壓變換器就可以具有穩(wěn)定的輸入電壓,并將其輸出正確調(diào)節(jié)至恒定水平,不會受 12V 線束中瞬變的影響。升壓變換器的偏置電壓由主降壓變換器提供,從而可以將系統(tǒng)的工作輸入電壓擴展到 2V 甚至更低。
 
該參考設(shè)計可以幫助工程師實現(xiàn) 18W 電源的預升壓設(shè)計。
 
1.2 特性
 
●     寬工作輸入電壓范圍
●     最低3.5A 連續(xù)輸出電流
●     350kHz 至 2.5MHz 可編程開關(guān)頻率
●     低壓差模式
●     帶谷值電流檢測的過流保護(OCP)和打嗝保護模式
●     采用側(cè)面鍍錫封裝
●     效率高達 92%
●     反極性保護
●     二階 EMI 濾波器
●     符合 AEC-Q100 1 級認證
●     符合 CISPR25 等級 5 EMC 標準
 
預升壓參考設(shè)計,解決冷啟動瞬變的簡單解決方案
圖 1:MPS 預升壓參考設(shè)計板
 
1.3 應用
 
●     汽車娛樂影音系統(tǒng)
●     汽車安全與 ADAS
 
 2 參考設(shè)計
 
2.1 功能框圖 
 
預升壓參考設(shè)計,解決冷啟動瞬變的簡單解決方案
圖 2: 功能框圖"
 
L1 和 C1 除了作為預升壓變換器的一部分,還用作抑制傳導 EMI 的輸入濾波器。D1 用于保護降壓變換器 IC 免受反極性連接影響。如果沒有提供其他反極性連接保護,可以使用 D2 來保護升壓 IC。
 
2.2 相關(guān)解決方案
 
該參考設(shè)計基于以下 MPS 解決方案:
 
預升壓參考設(shè)計,解決冷啟動瞬變的簡單解決方案
表 1:系統(tǒng)規(guī)格
 
2.3 系統(tǒng)規(guī)格
 
預升壓參考設(shè)計,解決冷啟動瞬變的簡單解決方案
表 2:系統(tǒng)規(guī)格
 
預升壓參考設(shè)計,解決冷啟動瞬變的簡單解決方案
表 3:電池電壓瞬變與輸出電流的關(guān)系
 
3 測試結(jié)果
 
3.1 效率
 
測試條件為:VBATT = 12V, VSYS = 5V, LBOOST = 2.2µH, LBUCK = 4.7µH, TA = 25°C, 除非另有注明。  采用輸入濾波器、保護二極管和預升壓解決方案。 
 
預升壓參考設(shè)計,解決冷啟動瞬變的簡單解決方案
圖 9:效率對比負載電流- AAM 模式
 
預升壓參考設(shè)計,解決冷啟動瞬變的簡單解決方案
圖 10:效率對比負載電流 - CCM 模式
 
預升壓參考設(shè)計,解決冷啟動瞬變的簡單解決方案
圖 11:冷啟動瞬變電壓(100ms/div)
 
3.2 EMC 測量結(jié)果
 
VBATT = 12V, VSYS = 3.3V, LBUCK = 4.7μH, COUT= 44μF, fSW = 400kHz, TA = 25°C. 
 
150kHz 至 108MHz 
 
預升壓參考設(shè)計,解決冷啟動瞬變的簡單解決方案
圖 2115:CISPR25 等級 5 傳導發(fā)射
 
150kHz 至 30MHz 
 
預升壓參考設(shè)計,解決冷啟動瞬變的簡單解決方案
圖 2216:CISPR25 等級 5 輻射發(fā)射
 
 
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