可靠的車載電源管理設(shè)計 拋負(fù)載和冷啟動問題的解決

啟動降壓－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）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)由一個降壓功率級及其兩個功率開關(guān)組成，這兩個開關(guān)又通過功率電感被連接至一個升壓功率級及其兩個功率開關(guān)。這些開關(guān)能夠以三種不同的運行模式進(jìn)行控制：降壓－升壓模式、降壓模式和升壓模式。運行的特殊芯片模式是輸入到輸出電壓比率的函數(shù)，同時也是芯片的控制拓?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)計出來的，以獲得整體增強效率。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％，以實現(xiàn)一個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，該器件還可提供一種復(fù)位功能，用于檢測和指示。

　　TPIC74100-Q1 擁有一個頻率調(diào)制方案，允許系統(tǒng)設(shè)計通過在頻帶上擴散頻譜噪聲（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)動一個電源線路電容性負(fù)載時防止“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）上有一個接地短路，那么輸出將通過在斬波模式下運行來進(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，該運行模式在降壓和升壓模式之間進(jìn)行自動切換。

　　在正常運行模式中，該系統(tǒng)將會被配置為一個降壓轉(zhuǎn)換器。但是，在低輸入電壓脈沖期間，該器件自動地轉(zhuǎn)換到升壓模式運行，以維持 5V 的電壓調(diào)節(jié)。當(dāng)該器件正運行于升壓模式且處于 5.8V 至 5V 的轉(zhuǎn)換 (crossover) 窗口中時，輸出調(diào)節(jié)可能包含一個高于正常情況的紋波，并且僅維持一個 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。

低功耗運行

　　在一些應(yīng)用中，例如：傳動系和儀表板群，要求低功耗模式運行以使車輛點火處于“關(guān)閉”時的功耗處于最小。TPIC74100-Q1 擁有一個輸入 LPM，當(dāng)其在輕負(fù)載（通常小于 30mA）期間被開啟時將運行在 PFM（脈沖頻率調(diào)制）中。在大多數(shù)系統(tǒng)中，許多存儲器設(shè)備在點火處于“關(guān)閉”狀態(tài)時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。實現(xiàn)低功耗模式功能，以實現(xiàn)降壓模式運行。在升壓模式條件下，該器件將會自動進(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)電壓是一個將會不斷給設(shè)計人員帶來挑戰(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，降壓－升壓轉(zhuǎn)換器將起到一個關(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，并且使設(shè)計工程師可以節(jié)省外部組件數(shù)量和 PCB 空間（其具有功率開關(guān)和同步運行集成的特點）。TPIC74100-Q1 采用一個具有散熱焊盤的 20 引腳 PWP 封裝，其規(guī)定的工作溫度范圍為 -40℃～+125℃。