大多數12V汽車係統的功率級都由一個降壓變換器組成，這個變換器通常將輸出電壓調節至5V或3.3V。即使調節器以低壓差模式開始工作，大多數電路也會受到輸入電壓跌落的影響，並且可能會停止工作。

 

本文以典型的5V，5W至15W電源為例，討論預升壓如何完美地解決該問題。

 

預升壓的實現方式

 

在zai這zhe個ge示shi例li中zhong
，我wo們men的de目mu標biao是shi，不bu管guan輸shu入ru電dian壓ya如ru何he變bian化hua
，都dou將jiang功gong率lv級ji的de輸shu出chu電dian壓ya保bao持chi在zai恒heng定ding水shui平ping。此ci同tong時shi要yao記ji住zhu
，冷leng啟qi動dong隻zhi會hui在zai總zong工gong作zuo時shi長chang的de很hen小xiao一yi段duan時shi間jian內nei影ying響xiang係xi統tong，這zhe意yi味wei著zhe好hao的de解jie決jue方fang案an需xu要yao綜zong合he考kao慮lv成cheng本ben，效xiao率lv和heEMI。 

 

圖1：MPS預升壓演示板對冷啟動電壓瞬變的響應（測試條件：V_O = 5V, I_O = 1.5A）

 

預(yu)升(sheng)壓(ya)電(dian)路(lu)是(shi)個(ge)升(sheng)壓(ya)變(bian)換(huan)器(qi)
，它(ta)串(chuan)聯(lian)在(zai)降(jiang)壓(ya)變(bian)換(huan)器(qi)之(zhi)前(qian)。顧(gu)名(ming)思(si)義(yi)，當(dang)降(jiang)壓(ya)變(bian)換(huan)器(qi)的(de)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)降(jiang)低(di)到(dao)設(she)定(ding)值(zhi)以(yi)下(xia)，預(yu)升(sheng)壓(ya)電(dian)路(lu)工(gong)作(zuo)

，將(jiang)其(qi)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)維(wei)持(chi)在(zai)設(she)定(ding)值(zhi)。這(zhe)樣(yang)，降(jiang)壓(ya)變(bian)換(huan)器(qi)就(jiu)可(ke)以(yi)具(ju)有(you)穩(wen)定(ding)的(de)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)

，並(bing)可(ke)以(yi)將(jiang)其(qi)輸(shu)出(chu)正(zheng)確(que)地(di)調(tiao)節(jie)到(dao)恒(heng)定(ding)的(de)水(shui)平(ping)，而(er)與(yu)電(dian)池(chi)電(dian)壓(ya)的(de)瞬(shun)變(bian)無(wu)關(guan)。 圖1 顯示出
，帶預升壓時，係統的輸出電壓不受輸入軌擾動的影響。

 

zhezhongshejideyoudianzaiyu
，zaiqicheyingyongzhonghuishiyongdeshuruchamolvbodianganhefangfanerjiguankeyifuyongzuoyushengyadianludegonglvdianganhexuliuerjiguan
，zheyangwuxuzengjiaewaideyuanjianhedianlubankongjian
，youzhuyujieshengchengben，tongshiyebuyingxiangxiaolvheEMI性能。

 

圖2 顯示了典型的降壓變換器電路。在此電路中
，D1二極管用於保護係統免受反極性電池連接的影響。C1、C2和L1形成用於抑製傳導EMI的π（pi）型濾波器。C3是濾波器和變換器之間的阻尼電容器。 C4
、C5、L2和降壓IC構成降壓變換器本身。 

 

圖2：汽車降壓變換器電路簡圖

 

重新布置一些組件，並添加一個異步升壓變換器和一個保護二極管
，就可以很容易地實現預升壓。(請參見圖3)。 

 

圖3：具有預升壓功能的汽車降壓變換器電路簡圖

 

在這個配置中
，D1用作升壓變換器中的續流二極管
，而L1為升壓電感器。C1和C2分別是其輸入和輸出電容器
，而C3充當緩衝器，在冷啟動條件下當升壓器開始工作時，可用於短暫時間內保持電壓。增加D2是為了保護升壓IC不受電池反極性連接的影響
；而且它僅在冷啟動期間導通，因而不會影響效率。極性保護和濾波能力也得以保持。

 

MPS的 MPQ3426是一款符合AEC-Q100標準的45V/6A異步升壓變換器
，可在低至3.2V的輸入電壓下工作。該器件采用小尺寸3mm x 4mm QFN封裝
，具有最少的外部組件要求
，可以輕鬆實現預升壓，同時將成本和性能影響降至最低。

 

MPQ3426的VIN引腳是內部電路的偏置電源，應連接至降壓變換器的輸出軌。 這樣可減少內部LDO損耗，使升壓IC的偏置電源獨立於係統輸入電壓，並將預升壓的工作電壓範圍擴展至45V。

 

另一方麵
，由於係統始終以大約12V的電池電壓啟動

，降壓變換器得以啟動並為預升壓電路供電，從而確保輸入電壓始終高於3.2V
，並在汽車冷啟動期間提高其輸出功率。預升壓電路可調節的最低輸入瞬態電壓受到升壓IC開關電流限值的限製。

 

將預升壓的輸出電壓設置在7.5V至9.5V之間，可確保預升壓不會在正常情況下開始切換
，但在冷啟動時將快速響應。 由於預升壓在正常條件下不會切換，因此不會產生任何損耗
，也不會產生EMI。通過演示板配合以MPS的AEC-Q100標準MPQ4430 係列36V同步降壓變換器，這種預升壓設計已得到驗證（見圖4）。 

 

圖4: MPS預升壓演示板

 

設計預升壓時，尤其需要注意電感器和二極管的選擇。在冷啟動的短暫過程中，輸入電壓非常低，但輸出功率保持不變；因此，電感器需要足夠高的飽和電流，以使預升壓在瞬態期間具有良好性能。該飽和電流應大於冷啟動期間的峰值電感電流 (I_PEAK)。 I_PEAK 取決於冷啟動期間的最大輸入電流 (I_LDC)和電感紋波電流 (ΔI_L), 可分別使用公式（1）、公式（2）和公式（3）計算得出。 (1)

 

 

該應用選擇了一個飽和電流為9.2A的2.2µH電感器。

 

另一方麵，二極管需要的直流電流額定值需高於冷啟動期間的預升壓輸出電流
，該電流可以比降壓變換器的標稱輸入電流高約25％。更重要的是
，冷啟動期間，二極管的峰值電流應該高於後級電感的峰值電流。

 

不同汽車應用對冷啟動電壓的要求可能不盡相同，圖5列lie出chu了le部bu分fen典dian型xing值zhi
，包bao括kuo一yi個ge正zheng常chang情qing況kuang下xia的de電dian壓ya曲qu線xian和he一yi個ge惡e劣lie條tiao件jian下xia冷leng啟qi動dong的de電dian壓ya曲qu線xian。預yu升sheng壓ya的de輸shu出chu功gong率lv能neng力li將jiang完wan全quan依yi賴lai於yu冷leng啟qi動dong期qi間jian需xu要yao的de最zui低di電dian壓ya水shui平ping

；在較低的輸入電壓下，峰值電感電流可能很高。下表比較了係統可提供的最大輸出電流與冷啟動期間的最低電壓。 

 

表1: 預升壓演示板功率能力

 

圖5:冷啟動測試電壓曲線

 

weiceshidianlubanduilengqidongshijiandexiangying，zhelicaiyonglejingguorenzhengdeqichedianyashunbianfashengqi，tajuyouyishezhihaodedianyaquxian。tahaikeyiyongdaduoshudianzishiyanshizhongdouhenchangjiandeketiaodianyuanqingsongjinxingceshi。tu6 顯示的波形清晰展現了通道1中冷啟動電壓瞬變的開始、通道2中預升壓的輸出電壓以及通道3中的係統輸出電壓。 

 

圖6：MPS預升壓演示板對冷啟動電壓瞬態響應的特寫（測試條件：V_O = 5V, I_O = 1.5A）

 

結論

 

通道3的波形顯示出
，冷啟動將輸入電壓降至約3.2V，而輸出電壓始終保持5V恒定，未受影響。 通道2的波形顯示了預升壓如何快速響應電壓瞬變，並將輸出電壓調節至9.5V。這表明了，對於在瞬態電壓下需要連續工作的汽車係統而言，預升壓是一種出色的解決方案。

 

在更高功率的應用中，可以使用升壓控製器來實現預升壓，如MPS的MPQ3910A，該(gai)升(sheng)壓(ya)控(kong)製(zhi)器(qi)驅(qu)動(dong)外(wai)部(bu)晶(jing)體(ti)管(guan)並(bing)具(ju)有(you)更(geng)高(gao)的(de)電(dian)流(liu)能(neng)力(li)。預(yu)升(sheng)壓(ya)解(jie)決(jue)了(le)冷(leng)啟(qi)動(dong)的(de)設(she)計(ji)難(nan)題(ti)
，與(yu)現(xian)有(you)的(de)幾(ji)種(zhong)替(ti)代(dai)方(fang)案(an)相(xiang)比(bi)
，節(jie)省(sheng)了(le)更(geng)多(duo)成(cheng)本(ben)與(yu)板(ban)空(kong)間(jian)。它(ta)實(shi)現(xian)了(le)無(wu)縫(feng)順(shun)暢(chang)的(de)自(zi)動(dong)啟(qi)停(ting)功(gong)能(neng)，增(zeng)強(qiang)了(le)最(zui)終(zhong)用(yong)戶(hu)體(ti)驗(yan)。

 

 

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