車(chē)載電源設計挑戰
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圖3：使用兩個(gè)單獨電感的 SEPIC 拓撲結構
啟動(dòng)降壓∕升壓轉換器
車(chē)載應用中，對于降壓∕升壓轉換器的需求在過(guò)去的幾年中日益急劇增長(cháng)。對于那些需要在電壓瞬態(tài)期間（例如：冷啟動(dòng)）繼續“存活”的應用而言，這就更加有益。
該降壓∕升壓轉換器是一款 DC/DC 轉換器，其具有一個(gè)大于或小于輸入電壓振幅的輸出電壓振幅。它是一款開(kāi)關(guān)模式電源，具有同升壓轉換器和降壓轉換器相類(lèi)似的電路拓撲結構。根據開(kāi)關(guān)晶體管的占空比，可以對該輸出進(jìn)行調節。
這種拓撲結構由一個(gè)降壓功率級和其兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)組成，并且這兩個(gè)開(kāi)關(guān)又通過(guò)功率電感連接至一個(gè)升壓功率級及其兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)。這些開(kāi)關(guān)能夠在三種不同運行模式中的一種模式下得到控制。這三個(gè)模式分別為降壓∕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，同時(shí)也是芯片的控制拓撲結構。
TI 推出的 TPIC74100-Q1 是一款降壓∕升壓開(kāi)關(guān)模式調節器，其工作在電源概念下，以確保一個(gè)帶有輸入電壓偏移和規定負載范圍的穩定輸出電壓。
圖4：TPIC74100 縱覽
TPIC74100 擁有一個(gè)頻率調制方案，其允許系統設計通過(guò)在頻帶上擴散頻譜噪聲（而非在特定頻率上達到峰值）來(lái)滿(mǎn)足 EMC 要求。
5Vg 輸出是一種開(kāi)關(guān) 5V 調節輸出，其具有內部電流限制功能，以在驅動(dòng)一個(gè)電源線(xiàn)路電容性負載時(shí)防止出現 “復位”堅持 (assert)。這種功能由5Vg_ENABLE 引腳控制。如果該輸出（5Vg 輸出）上有一個(gè)接地短路，那么輸出通過(guò)在斬波模式下運行進(jìn)行自我保護。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∕升壓轉換
根據輸入電壓 (Vdriver) 和輸出負載條件，該運行模式自動(dòng)在降壓和升壓模式之間進(jìn)行轉換。
在正常運行模式中，該系統將會(huì )被配置為一個(gè)降壓轉換器。但是，在低輸入電壓脈沖期間，該器件自動(dòng)地轉換到升壓模式運行，以維持 5V 的電壓調節。當輸入電壓 (Vdrive) 介于 5.8V 和 5V 之間并且取決于負載條件的時(shí)候，就會(huì )發(fā)生這種升壓模式的轉換。
當該器件正運行于升壓模式且 V(driver) 處于 5.8V 至 5V 的轉換窗口中時(shí)，輸出調節可能包含一個(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載情況，負載條件越高，性能就越高。
圖5：降壓∕升壓結構
在一些車(chē)載應用中，例如：傳動(dòng)系和儀表板群，要求低功耗模式運行以實(shí)現在車(chē)輛點(diǎn)火處于“關(guān)閉”期間最小化功耗。降壓∕升壓開(kāi)關(guān)模式調節器擁有一個(gè)輸入 LPM，其在輕負載期間被啟用時(shí)將以脈沖頻率調制 (PFM) 模式運行，此狀態(tài)下電流通常不到 30mA。在大多數系統中，許多存儲器設備均要求在點(diǎn)火處于“關(guān)閉”狀態(tài)時(shí)仍然需要一些功率來(lái)保留數據。這通常需要不到 100uA的電流。降壓∕升壓開(kāi)關(guān)模式調節器擁有 150uA（典型值）靜態(tài)電流的低功耗模式。通過(guò)開(kāi)關(guān)頻率的變化完成調節。
在 PFM 模式下，不存在用于輸出負載的降低的負載電流。這種模式下，轉換器效率更低，由于更高的負載電流，輸出電壓紋波將比 PFM 模式下稍大一些。實(shí)施低功耗模式功能，以實(shí)現降壓模式運行。在升壓模式條件下，該器件將會(huì )自動(dòng)地進(jìn)入 PWM 模式。通過(guò)啟用低功耗模式，降壓和升壓之間的轉換與 PWM 模式和 PFM 模式之間的轉換同時(shí)進(jìn)行。
結論
在許多車(chē)載應用中，車(chē)載瞬態(tài)電壓是一個(gè)將會(huì )不斷帶來(lái)挑戰的問(wèn)題。在許多需要在這些狀態(tài)期間持續保持運行的車(chē)載電源管理系統中，或當電池電壓意外地降到要求輸出電壓電平之下時(shí)，降壓∕升壓轉換器將起到一個(gè)關(guān)鍵作用。TPIC74100-Q1 車(chē)載降壓∕升壓轉換器將簡(jiǎn)化車(chē)載環(huán)境中的設計，并且使設計工程師可以節省外部組件和 PCB 空間，且具有功率開(kāi)關(guān)和同步運行集成的特點(diǎn)。TPIC74100-Q1 采用一個(gè)帶散熱板的 20 引腳 PWP 封裝，其規定的溫度范圍為-40°C～+125°C。
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