車載電源管理的要求正變得愈加苛刻西剥，其要求電源能夠工作在更寬泛的輸入電壓范圍斟迁、更高的電流及更高的溫度極值條件下虫棕。這些要求將使開關模式電源設計成為主流茄溢，因為這種電源設計具有更大的靈活性哩敞、更優(yōu)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 轉換器蝉狭。今天的車載轉換器必須能夠支持各種運行條件点级，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(xiàn)所帶來的更高負載需求使得這些數(shù)據(jù)的設計變得更為復雜撞恰。本文將給設計者提供一個關于車載電源需求的簡要介紹宽缴，并且介紹一款由 TI 最近推出的新型 DC-DC 轉換器 TPIC74100迎反。

　　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都要求保護，以免于受到抑制趾迈、瞬態(tài)電壓（高達60V）和反向電壓狀態(tài)的損害旷似。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洪囤，這也是種常見的要求徒坡。對于那些要求任何特殊車載電子系統(tǒng)的主電源輸入均能夠在各種不同瞬態(tài)電壓狀態(tài)（包括交流發(fā)電機拋負載）下工作的車載系統(tǒng)來說尤為如此。

　　由于交流發(fā)電機控制環(huán)路關閉的速度不夠快瘤缩，因此喇完，在將電池電壓去除掉時，其會產生一個高輸出電壓脈沖剥啤。正常情況下锦溪，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府怯。但是刻诊，汽車制造商還是給其供應商規(guī)定了在其電源輸入端可能出現(xiàn)的剩余過電壓。這種情況在不同轎車廠商中有所差異牺丙，但是轎車的標準峰值大約為 40V则涯，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)時間為十分之幾秒冲簿，下圖（圖 1）顯示了該拋負載狀態(tài)下的典型脈沖粟判。

　　儀表板應用中的冷啟動

　　車載環(huán)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吓缴，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寇淑。通過觀察該冷啟動脈沖，可以描述出此類瞬態(tài)的一個實例少迁。這種狀態(tài)可發(fā)生在寒冷環(huán)境下車輛的第一次啟動兆婆。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遏貌，通過要求提供更高的功率（扭矩）婿哥，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获玻。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岸零。

　　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鱼灶。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(tǒng)中也同樣可以看到這些應用的蹤影张绊。當出現(xiàn)該狀態(tài)時信高，電源管理芯片必須對輸入電壓進行升壓闸衫，以便保持正確的調節(jié)輸出電壓，從而使這些電子系統(tǒng)可以正確地發(fā)揮作用诽嘉。

　　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）蔚出，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虫腋，直到輸入電壓等于或者降到輸出電壓電平之下骄酗。然后，其將提供升壓轉換悦冀，直到電池電壓降至最小容許輸入電壓的電平趋翻。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盒蟆，以及一個耦合電容器踏烙，如圖 3 所示。

　　這些電感器和線圈的體積均較大历等，需要占用更多的 PCB 空間讨惩。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寒屯。

　　啟動降壓－升壓轉換器

　　車載應用中荐捻，對于降壓－升壓轉換器的需求在過去的幾年中急劇增長。對于那些電壓瞬態(tài)期間（例如：冷啟動）需要繼續(xù)“存活”的應用而言下桃，這就更加有益昨镊。

　　該降壓－升壓轉換器是一款典型的 DC-DC 轉換器，其具有一個大于或者小于輸入電壓振幅的輸出電壓振幅滥尉。它是一款開關模式電源居绸，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(jù)開關晶體管的占空比昼反，可是可以對該輸出電壓進行調節(jié)因登。

　　這種拓撲結構由一個降壓功率級及其兩個功率開關組成，這兩個開關又通過功率電感被連接至一個升壓功率級及其兩個功率開關塔奋。這些開關能夠以三種不同的運行模式進行控制：降壓－升壓模式步鸣、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(shù)醇帅，同時也是芯片的控制拓撲結構醒囊。

　　TPIC74100-Q1 是一款降壓－升壓開關模式調節(jié)器，其在電源概念下工作隐听，以確保一個帶輸入電壓偏移和規(guī)定負載范圍的穩(wěn)定輸出電壓通熄。

　　TPIC74100-Q1 擁有完整的電壓模式控制開關，也是在同步配置中被設計出來的找都，以獲得整體增強效率唇辨。借助于一些外部組件（LC 組合）廊酣，該器件可將輸出調節(jié)至 5V±3％，以實現(xiàn)一個寬泛的輸入電壓范圍赏枚，使其可以被許多高輸入電壓所應用亡驰。當 5V 輸出軌超出規(guī)定容差時，該器件還可提供一種復位功能饿幅，用于檢測和指示凡辱。

　　TPIC741 00-Q1 擁有一個頻率調制方案，允許系統(tǒng)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(jié)輸出栗恩，其帶有內部電流限制功能透乾，以在驅動一個電源線路電容性負載時防止“復位”聲明 (assert)。這種功能由 5Vg_ENABLE 終端控制摄凡。如果該輸出（5Vg 輸出）上有一個接地短路续徽，那么輸出將通過在斬波模式下運行來進行自我保護。但是蘑慕，在該故障狀態(tài)下袒忿，這樣做就會增高 VOUT 的輸出紋波電壓。

　　降壓－升壓轉換

　　根據(jù)輸入電壓 (Vdriver) 和輸出負載條件的不同蕊欣，該運行模式在降壓和升壓模式之間進行自動切換蓖桅。

　　在正常運行模式中，該系統(tǒng)將會被配置為一個降壓轉換器愈秕。但是舍稽，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言盼，以維持 5V 的電壓調節(jié)发液。當該器件正運行于升壓模式且處于 5.8V 至 5V 的轉換 (crossover) 窗口中時，輸出調節(jié)可能包含一個高于正常情況的紋波筐成，并且僅維持一個 3% 的容差焊辈。這種紋波和容差取決于負載情況，負載條件越高谣皇，性能就越高势送。

　　低功耗運行

　　在一些應用中，例如：傳動系和儀表板群朴沿，要求低功耗模式運行以使車輛點火處于“關閉”時的功耗處于最小猜谚。TPIC74100-Q1 擁有一個輸入 LPM，當其在輕負載（通常小于 30mA）期間被開啟時將運行在 PFM（脈沖頻率調制）中赌渣。在大多數(shù)系統(tǒng)中魏铅，許多存儲器設備在點火處于“關閉”狀態(tài)時仍然需要一些功率來保留數(shù)據(jù)，通常需要不到 100uA 的電流。為了支持這種運行模式沦零，總模耗應低于 300uA祭隔。TPIC74100-Q1 擁有 150uA（典型值）靜態(tài)電流的低功耗模式。通過開關頻率的變化完成調節(jié)路操。

　　在 PFM 模式下，用于輸出負載的減少的負載電流量是不存在的千贯。在這種模式下屯仗，轉換器效率更低，由于更高的負載電流搔谴，輸出電壓紋波將比 PWM 模式下稍大一些魁袜。實現(xiàn)低功耗模式功能，以實現(xiàn)降壓模式運行逸渤。在升壓模式條件下筛毡，該器件將會自動進入 PWM 模式。通過開啟低功耗模式骂间，降壓和升壓之間的轉換還有 PWM 模式和 PFM 模式之間的轉換將同時進行敢铲。

　　結論

　　在許多車載應用中，車載瞬態(tài)電壓是一個將會不斷給設計人員帶來挑戰(zhàn)的問題伞买。在許多需要在這些條件下不斷保持運行的車載電源管理系統(tǒng)應用中垮软，或者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肯坊。TPIC74100-Q1 車載降壓/升壓轉換器將簡化車載環(huán)境中的設計伊屈，并且使設計工程師可以節(jié)省外部組件數(shù)量和 PCB 空間（其具有功率開關和同步運行集成的特點）。TPIC74100-Q1 采用一個具有散熱焊盤的 20 引腳 PWP 封裝诉拔，其規(guī)定的工作溫度范圍為 -40℃～+125℃濒勤。

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