汽車電子自適應(yīng)頻率調(diào)制DC/DC降壓變換器的開發(fā)策略

目前峰值電流控制模式DC/DC轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用更廣泛，它的原理框圖如圖4所示。

圖4: 峰值電流控制模式的DC/DC降壓變換器原理框圖

對應(yīng)于電壓控制模式，電流控制模式的DC/DC轉(zhuǎn)換器以幾乎無窮大的開環(huán)環(huán)路增益來調(diào)節(jié)DC/DC的輸出電流，其實是一個高輸出阻抗的電流源。如圖4所示，在電流控制模式的DC/DC降壓變換器中，快速高增益的電流環(huán)路和慢速的電壓控制回路嵌套使用，電感電流與斜坡補償后的鋸齒波合成的信號和電壓誤差信號相比較產(chǎn)生控制信號，當(dāng)輸出電壓跌落時，控制功率管打開向負載提供更多的電流來保持輸出電壓的穩(wěn)定。電流控制模式的DC/DC測量電感電流，將輸出變?yōu)楹懔髟摧敵?，使DC/DC的輸出級由電壓模式的雙極點系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)閱螛O點系統(tǒng)，從而更容易進行補償，提高穩(wěn)定性。

(二)振蕩器的設(shè)計

振蕩器電路在DC/DC集成電路中有廣泛的用途。振蕩時鐘為內(nèi)部電路提供開關(guān)脈沖的同步，且衍生出鋸齒波，提供給PWM比較器。是電壓模式和電流模式DC/DC轉(zhuǎn)換器的基本單元。圖5為本文設(shè)計的振蕩電路，設(shè)計中采用恒流充放電結(jié)構(gòu)，充電電流為I1+I2(降頻時為I1)，放電電流為I12+I13(降頻時為I12)。

圖5: 振蕩頻率受控制的振蕩電路

從圖5中可知，M1、M2為電容充電，M9為電容放電，這些決定了振蕩器的時鐘頻率。

首先，假設(shè)輸出振蕩電壓與充放電電流成正比?；谶@個假設(shè)，偏置電流就可以確定。如果希望頻率為800K(T=1.25us)，上升時間為總周期的90%(1.125us)，而要求輸出鋸齒波SAW的峰峰值Vp-p為1V.那么，充電電流為

公式3

其中C為C1的電容值，T為振蕩周期。

從電路圖可以看出，振蕩波形的轉(zhuǎn)折點可以由下式?jīng)Q定：

公式4

圖6為振蕩器的輸出波形，從圖中可以看出，振蕩波形在0.6V至1.8V范圍內(nèi)波動，符合設(shè)計要求。

圖6: 振蕩器的輸出波形

當(dāng)輸出輸入電壓比值低于一定值(0.2)時，說明此時控制脈沖的占空比很低，效率下降，此時通過低比值保護電路，產(chǎn)生OSP信號，將整體電路的頻率下降。從電路圖可以看出，當(dāng)OSP通過控制電路變?yōu)楦唠娖綍r，則M0關(guān)閉，而M1與M2的寬長比為4:1,此時的充電電流變?yōu)樵瓉淼?/4,那么充電時間變?yōu)樵瓉淼?倍，這樣輸出振蕩波的頻率變?yōu)樵瓉淼?/4,即200KHz,提高電源的轉(zhuǎn)換精度。

(三)應(yīng)用

在汽車電子應(yīng)用中，輸入電壓有12V,24V和36V等多種電壓軌，在確定輸出電壓的條件下，這種可以根據(jù)輸入電壓自適應(yīng)調(diào)整工作頻率的DC/DC可以自動設(shè)置合適的工作頻率，優(yōu)化DC/DC的工作效率，減小瞬態(tài)過程。