随着汽车启停技术(发动机自动关闭)的广泛应用,越来越多的汽车系统必须在低输入电压下工作。热启动(此时电池电压下降6V)冷启动(此时电池电压可下降3V)这种低输入电压发生在此期间。本文介绍了中间电压8,可承受汽车全输入电压范围(包括冷启动和抛负载条件)V开关电源。电源保证为常见子系统提供稳定的8V电源,例如CD驱动器、LCD,以及现代信息娱乐系统中的无线电模块。为避免AM和FM波段干扰,开关电源2MHz固定频率已成为无线电系统的理想解决方案。
低输入电压功能的重要性及EMI要求
图1显示了需要不同架构方案的普通汽车系统。
主电源为3.3V在系统中,低压差的前端降压转换器可以满足要求(情况1)。此外,升压转换器可以在3中工作.3V,能够调节到5V(例如用于CAN总线收发器)或其他更高的电压(情况2)。V或高压轨道系统要求前端预升压,以确保降压转换器的输入电压不会降低到规定电压以下(情况3)。
图2 开关电源原理图包括升压控制器(IC1,MAX15005)和降压控制器(IC2,MAX16952)
优化外部元件IC2性能
输出电压和开关频率
为了在OUTB节点调节8V必须选择正确的反馈电阻分压器电阻分压器成)R22和R21组成)。IC建议低边电阻小于100k。为R22选择51k高边电阻分压器必须根据公式1选择:
(式2)
假设电阻容量为1%,整个开关电源的最小和最大电压值(OUTB)为:
(式4)
式中,VFB(MIN)为0.985V,VFB(MAX)为1.015V。
根据数据,外部频率必须高于IC110%的内部选择频率。由于我们将IC2开关频率和外部2MHz因此,我们选择了内部振荡器电阻R内部开关频率必须设置在16以下.8MHz。出于这个原因,我们是为了R16选择30k电阻。为使IC2以2MHz固定频率开关必须避免压差。该IC在关闭时间之前,可以避免压差(tOFF)长于100ns(典型值)。这意味着系统的最大比例不得超过:
(式6)
这意味着OUTA电压不得低于11.11V门限OUTA电压总是高于11.11V,电池电压(IN节点)低于11.5V必须使能IC1.这是电感L一、肖特基二极管D2上的压降留出约390mV的裕量。
40V抛负载峰值,OUTA电压达到其高压值,IC必须将其输出稳定在8V。所以,抛负载峰值,IC2的比例应为:
(式8)
开关频率为2MHz。
最小0.16占空比确保40V8.抛负载期实现V稳压。
检测电感和电流
如果使用大电感值降低电感峰值电流,可以增加IC2的效率。然而,实现这点需要更大的印制电路板(PCB)面积,负载调整率变差。作为一种可接受的折衷,可以选择电感值来制造LIR(电感峰-峰电流与直流平均电流之比)等于或小于0.3.参考图3考虑以下公式:
(式9)
(式11)
合并这些公式可以计算L值:
(式13)
L2采用标准电感2.2μH,得到的LIR因子为0.电感峰值电流为:
(式15)
因此,为R选择标准电阻值1520m。
优化IC1的外部元件
UVLO门限
升压转换器IC1选择外部元件的第一步是确定外部欠压锁定(UVLO)通过选择连接到主输入的门限IN引脚、ON/OFF在引脚和地面之间实现电阻分压器。在此设计中,我们的输入电压低于5V时关断器件;假设冷启动阶段具有较高电压。为R5选择100k电阻后,选择使用式16R4电阻值:
(式17)
采用标准170k R当电源电压升至11电阻时.67V禁用上述情况IC1。这为额定12V IN电池电压保留330mV考虑OVI我们可以估计比较器上的滞回能量IC1主电源电压降值:
(式19)
采用此配置,输入电压沿上升和下降可达到目标门限。请注意,如果可行,另一种替代方法是使用外部比较器来监测主电源并直接驱动它OVI输入引脚。
输出电压
为维持2MHz例如,固定开关频率IC在所有应用条件下,都需要考虑170ns的最小tON。最小tON最小占空比为34%(2)MHz这限制了开关频率)IC最小可调输出电压。请参见图4。为了估计电压门限,必须考虑升压调节器的比例公式:
(式21)
(式22)
式中,VFB(MIN) = 1.215V。
最后,R14使用1%容量的137k电阻,IC调整的最小输出电压为:
(式24)
考虑到放电阶段的净放电电流为615μA1,RTCT增加引脚电压的放电时间等于:
式26)
该电压值保证IC2不工作在压差条件。
电感选择
升压调节器的最小输出电流约束电感值的选择。为确保调节器IC1总是工作在连续模式,最小电感值为: