可靠的車載電源管理設(shè)計(jì) 拋負(fù)載和冷啟動(dòng)問題的解決

啟動(dòng)降壓－升壓轉(zhuǎn)換器

　　車載應(yīng)用中，對于降壓－升壓轉(zhuǎn)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(dòng)）需要繼續(xù)“存活”的應(yīng)用而言，這就更加有益。

　　該降壓－升壓轉(zhuǎn)換器是一款典型的 DC-DC 轉(zhuǎn)換器，其具有一個(gè)大于或者小于輸入電壓振幅的輸出電壓振幅。它是一款開關(guān)模式電源，具有同升壓轉(zhuǎn)換器和降壓轉(zhuǎn)換器相類似的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。根據(jù)開關(guān)晶體管的占空比，可是可以對該輸出電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。

　　這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由一個(gè)降壓功率級(jí)及其兩個(gè)功率開關(guān)組成，這兩個(gè)開關(guān)又通過功率電感被連接至一個(gè)升壓功率級(jí)及其兩個(gè)功率開關(guān)。這些開關(guān)能夠以三種不同的運(yùn)行模式進(jìn)行控制：降壓－升壓模式、降壓模式和升壓模式。運(yùn)行的特殊芯片模式是輸入到輸出電壓比率的函數(shù)，同時(shí)也是芯片的控制拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

　　TPIC74100-Q1 是一款降壓－升壓開關(guān)模式調(diào)節(jié)器，其在電源概念下工作，以確保一個(gè)帶輸入電壓偏移和規(guī)定負(fù)載范圍的穩(wěn)定輸出電壓。

　　TPIC74100-Q1 擁有完整的電壓模式控制開關(guān)，也是在同步配置中被設(shè)計(jì)出來的，以獲得整體增強(qiáng)效率。借助于一些外部組件（LC 組合），該器件可將輸出調(diào)節(jié)至 5V±3％，以實(shí)現(xiàn)一個(gè)寬泛的輸入電壓范圍，使其可以被許多高輸入電壓所應(yīng)用。當(dāng) 5V 輸出軌超出規(guī)定容差時(shí)，該器件還可提供一種復(fù)位功能，用于檢測和指示。

　　TPIC74100-Q1 擁有一個(gè)頻率調(diào)制方案，允許系統(tǒng)設(shè)計(jì)通過在頻帶上擴(kuò)散頻譜噪聲（而非在特定頻率上達(dá)到峰值）來滿足 EMC 要求…

　　5Vg 輸出是一種開關(guān) 5V 調(diào)節(jié)輸出，其帶有內(nèi)部電流限制功能，以在驅(qū)動(dòng)一個(gè)電源線路電容性負(fù)載時(shí)防止“復(fù)位”聲明 (assert)。這種功能由 5Vg_ENABLE 終端控制。如果該輸出（5Vg 輸出）上有一個(gè)接地短路，那么輸出將通過在斬波模式下運(yùn)行來進(jìn)行自我保護(hù)。但是，在該故障狀態(tài)下，這樣做就會(huì)增高 VOUT 的輸出紋波電壓。

降壓－升壓轉(zhuǎn)換

　　根據(jù)輸入電壓 (Vdriver) 和輸出負(fù)載條件的不同，該運(yùn)行模式在降壓和升壓模式之間進(jìn)行自動(dòng)切換。

　　在正常運(yùn)行模式中，該系統(tǒng)將會(huì)被配置為一個(gè)降壓轉(zhuǎn)換器。但是，在低輸入電壓脈沖期間，該器件自動(dòng)地轉(zhuǎn)換到升壓模式運(yùn)行，以維持 5V 的電壓調(diào)節(jié)。當(dāng)該器件正運(yùn)行于升壓模式且處于 5.8V 至 5V 的轉(zhuǎn)換 (crossover) 窗口中時(shí)，輸出調(diào)節(jié)可能包含一個(gè)高于正常情況的紋波，并且僅維持一個(gè) 3% 的容差。這種紋波和容差取決于負(fù)載情況，負(fù)載條件越高，性能就越高。

低功耗運(yùn)行

　　在一些應(yīng)用中，例如：傳動(dòng)系和儀表板群，要求低功耗模式運(yùn)行以使車輛點(diǎn)火處于“關(guān)閉”時(shí)的功耗處于最小。TPIC74100-Q1 擁有一個(gè)輸入 LPM，當(dāng)其在輕負(fù)載（通常小于 30mA）期間被開啟時(shí)將運(yùn)行在 PFM（脈沖頻率調(diào)制）中。在大多數(shù)系統(tǒng)中，許多存儲(chǔ)器設(shè)備在點(diǎn)火處于“關(guān)閉”狀態(tài)時(shí)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(yùn)行模式，總模耗應(yīng)低于 300uA。TPIC74100-Q1 擁有 150uA（典型值）靜態(tài)電流的低功耗模式。通過開關(guān)頻率的變化完成調(diào)節(jié)。

　　在 PFM 模式下，用于輸出負(fù)載的減少的負(fù)載電流量是不存在的。在這種模式下，轉(zhuǎn)換器效率更低，由于更高的負(fù)載電流，輸出電壓紋波將比 PWM 模式下稍大一些。實(shí)現(xiàn)低功耗模式功能，以實(shí)現(xiàn)降壓模式運(yùn)行。在升壓模式條件下，該器件將會(huì)自動(dòng)進(jìn)入 PWM 模式。通過開啟低功耗模式，降壓和升壓之間的轉(zhuǎn)換還有 PWM 模式和 PFM 模式之間的轉(zhuǎn)換將同時(shí)進(jìn)行。

結(jié)論

　　在許多車載應(yīng)用中，車載瞬態(tài)電壓是一個(gè)將會(huì)不斷給設(shè)計(jì)人員帶來挑戰(zhàn)的問題。在許多需要在這些條件下不斷保持運(yùn)行的車載電源管理系統(tǒng)應(yīng)用中，或者當(dāng)電池電壓意外地降到要求輸出電壓電平之下時(shí)，降壓－升壓轉(zhuǎn)換器將起到一個(gè)關(guān)鍵作用。TPIC74100-Q1 車載降壓/升壓轉(zhuǎn)換器將簡化車載環(huán)境中的設(shè)計(jì)，并且使設(shè)計(jì)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(guān)和同步運(yùn)行集成的特點(diǎn)）。TPIC74100-Q1 采用一個(gè)具有散熱焊盤的 20 引腳 PWP 封裝，其規(guī)定的工作溫度范圍為 -40℃～+125℃。