前端“預(yù)升壓” 美信車載電源系統(tǒng)供電設(shè)計(jì)

簡介

　　隨著汽車啟停技術(shù)（空閑狀態(tài)自動(dòng)關(guān)閉引擎）應(yīng)用的普及，越來越多的車載系統(tǒng)要求能夠工作在較低的輸入電壓，低壓輸入往往發(fā)生在熱啟動(dòng)（電池電壓低于6V）或冷啟動(dòng)（電池電壓低于3V）條件下。圖1介紹了常見的汽車系統(tǒng)供電架構(gòu)方案。

　　在一些主電源為3.3V的供電系統(tǒng)中，前端采用低壓差的buck轉(zhuǎn)換器即可滿足要求（CASE 1）。需要時(shí)，可以選擇一路boost轉(zhuǎn)換器將3.3V升壓到5V （例如為CAN總線收發(fā)器供電）或更高電壓（CASE2）。有些系統(tǒng)采用5V或更高電壓供電，此時(shí)需要在前端進(jìn)行“預(yù)升壓”，保證buck的輸入電壓不會(huì)低于指定電壓（CASE 3），本設(shè)計(jì)適用于后者。

　　圖1. 汽車電源方案。

　　汽車設(shè)計(jì)中，低電磁輻射也是一項(xiàng)重要的考核指標(biāo)，特別是在敏感的AM頻段。本設(shè)計(jì)中，電源的開關(guān)工作頻率遠(yuǎn)高于AM頻段（例如：開關(guān)頻率在1.71MHz以上，位于MW頻段的高端），進(jìn)而解決了干擾問題。較高的開關(guān)頻率也有助于減少系統(tǒng)尺寸，降低外圍元件的成本。

　　圖2是開關(guān)電源的原理圖，MAX15005升壓控制器與MAX16952降壓控制器相組合，配合外圍電路提供合理的車載系統(tǒng)供電方案。兩款I(lǐng)C均同步到控處理器或?qū)Ｓ肐C提供的外部2MHz時(shí)鐘，便于優(yōu)化電源的開關(guān)頻率。電池正常供電的條件下，MAX15005不工作，通過MAX16952提供穩(wěn)定的8V OUTB電壓。冷啟動(dòng)時(shí)，由于電池電壓降低，則通過MAX15005提升節(jié)點(diǎn)OUTA的電壓，確保MAX16952提供穩(wěn)定的8V OUTB電壓。兩款I(lǐng)C的高可靠性，可以滿足汽車環(huán)境中高達(dá)40V的拋負(fù)載。該方案已經(jīng)通過測(cè)試，在OUTB節(jié)點(diǎn)提供高達(dá)20W的輸出功率 （8V@2.5A）。更換外圍電路，可以獲得更高的輸出功率。

　　圖2. 開關(guān)電源原理圖。

　　MAX16952的外圍元件

　　1、輸出電壓和開關(guān)頻率

　　為了在OUTB端獲得穩(wěn)定的8V輸出，需要合理選擇反饋分壓電阻（R22和R21）。選擇R22 = 51KΩ （MAX16952數(shù)據(jù)資料推薦低邊電阻R22 100kΩ），R21根據(jù)下式計(jì)算：

　　（式1）

　　式中，VFB = 1V （典型值）。

　　選擇標(biāo)準(zhǔn)阻值R22 = 360kΩ ，典型輸出電壓為：

　　（式2）

　　假設(shè)阻值誤差為1%，最小和最大OUTB輸出電壓為：