2.7V 至 40V 單片降壓-升壓型 DC/DC 轉(zhuǎn)換器增強(qiáng)了輸入功能 在汽車?yán)滠嚢l(fā)動(dòng)和負(fù)載突降瞬態(tài)時(shí)能無縫地穩(wěn)定電壓

過渡汽車負(fù)載突降和感應(yīng)電壓瞬態(tài)

對(duì)于常用電源而言，汽車電源軌是對(duì)電源最具挑戰(zhàn)性的輸入之一。其標(biāo)稱電壓在 10.6V 至 15V 范圍內(nèi)變化，取決于電池充電狀態(tài)、環(huán)境溫度以及交流發(fā)電機(jī)是處于充電還是空閑狀態(tài)。除了標(biāo)稱電壓的變化，汽車電源軌還受到多種動(dòng)態(tài)干擾，這些干擾由以下因素的變化引起：發(fā)動(dòng)機(jī) RPM;電動(dòng)車窗、擋風(fēng)玻璃刮水器、空調(diào)等過渡負(fù)載;束線配線中的感應(yīng)瞬態(tài)。

不過，最極端的情況發(fā)生在負(fù)載突降瞬態(tài)時(shí)，這種瞬態(tài)可能產(chǎn)生超過 120V、持續(xù)數(shù)百微秒的電壓。當(dāng)交流發(fā)電機(jī)給汽車電池充電且電氣開路引起電池與交流發(fā)電機(jī)短暫斷接時(shí)，就會(huì)發(fā)生負(fù)載突降瞬態(tài)。在穩(wěn)壓器響應(yīng)之前，交流發(fā)電機(jī)的全部充電電流都直接加在了汽車電源總線上，從而有可能將其電壓提高到很危險(xiǎn)的水平。這類瞬態(tài)可能由機(jī)械師修理車輛時(shí)從物理上斷開電池連接引起，也有可能由電池電纜中錯(cuò)誤的連接或電池端子腐蝕導(dǎo)致。

汽車電子系統(tǒng)還必須設(shè)計(jì)成能承受雙電池猛然起動(dòng)情況，在這種情況下，當(dāng)用串聯(lián)連接的第二個(gè)電池或具備雙電池電氣系統(tǒng)的商用車輛猛然啟動(dòng)汽車時(shí)，汽車電子系統(tǒng)要在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)承受 24V 電壓。汽車總線上的另一種過壓情況是由交流發(fā)電機(jī)穩(wěn)壓器故障引起的，在汽車電子系統(tǒng) OEM 進(jìn)行的電池測(cè)試中，常常包括對(duì)這種過壓情況的測(cè)試。這種故障可能導(dǎo)致交流發(fā)電機(jī)的充電電流全部加到電池上，并產(chǎn)生大約為 18V 并持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間的過高電壓。

切換大功率負(fù)載會(huì)引起負(fù)載快速變化，汽車電源軌還會(huì)受到這種變化導(dǎo)致和持續(xù)時(shí)間很短的過壓瞬態(tài)影響，這類大功率負(fù)載包括與汽車束線配線中很大的電感相互作用的電動(dòng)車門、風(fēng)扇以及冷卻風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)。

在大多數(shù)汽車中，由低通 LC 濾波器和瞬態(tài)電壓抑制 (TVS) 陣列組成的無源保護(hù)網(wǎng)絡(luò)被用作第一道防線，以箝制電源總線的峰值擺幅。一般情況下，位于保護(hù)網(wǎng)絡(luò)下游的汽車電子系統(tǒng)必須承受高達(dá) 40V 的瞬態(tài)電壓而不被損壞。關(guān)鍵系統(tǒng)不僅必須承受而且還必須在通過這類瞬態(tài)時(shí)無縫地工作，并且無中斷。圖 4 說明，LTC3115-1 能保持 5V 電源軌的不間斷調(diào)節(jié)，以 1ms 上升和下降時(shí)間通過 13.8V 至 40V 短暫電壓瞬態(tài)。

圖 4：13.8V 至 40V 負(fù)載突降電壓瞬態(tài)

10V/DIV：每格 10V

在汽車?yán)滠嚢l(fā)動(dòng)瞬態(tài)時(shí)無縫工作

高壓瞬態(tài)在汽車電源總線上是個(gè)問題，但是也許更具挑戰(zhàn)性的問題是欠壓瞬態(tài)。最嚴(yán)重的欠壓瞬態(tài)是由冷車發(fā)動(dòng)引起的，最初啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，會(huì)發(fā)生冷車發(fā)動(dòng)情況。

典型的冷車發(fā)動(dòng)電壓波形如圖 5 所示。最初的穩(wěn)定低壓是最極端的情況，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)器開始轉(zhuǎn)動(dòng)完全停止的發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，就會(huì)引起這種情況。在這個(gè)階段，汽車的總線電壓可能降至低于 4V。更冷的溫度會(huì)使情況惡化，因?yàn)闄C(jī)油粘性越大，要求發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)器提供的扭矩就越大。第一個(gè)穩(wěn)定期之后，是第二個(gè)電壓稍高一點(diǎn)的穩(wěn)定期。在啟動(dòng)器保持發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，第二個(gè)穩(wěn)定電壓一般接近標(biāo)稱電池電壓的一半。一旦發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)完畢，電池就恢復(fù)到標(biāo)稱電壓。

圖 5：12V 至 4.5V 冷車發(fā)動(dòng)電壓瞬態(tài)

在發(fā)生冷車發(fā)動(dòng)瞬態(tài)時(shí)，安全裝置以及發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵組件 (例如: 發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元、燃料注入系統(tǒng)等) 都要從始至終保持運(yùn)行。如圖 5 所示，在發(fā)生欠壓情況時(shí)，自動(dòng)和無縫地切換到升壓工作模式，LTC3115-1 的降壓-升壓型架構(gòu)使該器件能保持輸出穩(wěn)壓，因而可通過即使最嚴(yán)重的冷車發(fā)動(dòng)瞬態(tài)。

由于當(dāng)今的汽車包括了自動(dòng)化節(jié)油、按需引擎起/停 (當(dāng)車輛遭遇紅燈或在車流中短暫停駛時(shí)，汽車的引擎被關(guān)閉) 等功能，因此冷車發(fā)動(dòng)能力對(duì)于汽車電子而言其重要性有所增加。配備按需起動(dòng)功能的汽車容易遇到頻繁的欠壓發(fā)動(dòng)過程。因此，以前在傳統(tǒng)汽車偶爾的冷車發(fā)動(dòng)過程中無需運(yùn)行的輔助電氣組件，如今也必須在此類瞬變期間運(yùn)作，以消除其對(duì)信息娛樂、導(dǎo)航、儀表板電子裝置和照明系統(tǒng)的任何干擾。