可靠的車(chē)載電源管理設計 拋負載和冷啟動(dòng)問(wèn)題的解決

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)去的幾年中急劇增長(cháng)。對于那些電壓瞬態(tài)期間（例如：冷啟動(dòng)）需要繼續“存活”的應用而言，這就更加有益。

　　該降壓－升壓轉換器是一款典型的 DC-DC 轉換器，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(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，可是可以對該輸出電壓進(jìn)行調節。

　　這種拓撲結構由一個(gè)降壓功率級及其兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)組成，這兩個(gè)開(kāi)關(guān)又通過(guò)功率電感被連接至一個(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，同時(shí)也是芯片的控制拓撲結構。

　　TPIC74100-Q1 是一款降壓－升壓開(kāi)關(guān)模式調節器，其在電源概念下工作，以確保一個(gè)帶輸入電壓偏移和規定負載范圍的穩定輸出電壓。

　　TPIC74100-Q1 擁有完整的電壓模式控制開(kāi)關(guān)，也是在同步配置中被設計出來(lái)的，以獲得整體增強效率。借助于一些外部組件（LC 組合），該器件可將輸出調節至 5V±3％，以實(shí)現一個(gè)寬泛的輸入電壓范圍，使其可以被許多高輸入電壓所應用。當 5V 輸出軌超出規定容差時(shí)，該器件還可提供一種復位功能，用于檢測和指示。

　　TPIC74100-Q1 擁有一個(gè)頻率調制方案，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，其帶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“復位”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(guò)在斬波模式下運行來(lái)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) 和輸出負載條件的不同，該運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。當該器件正運行于升壓模式且處于 5.8V 至 5V 的轉換 (crossover) 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。

低功耗運行

　　在一些應用中，例如：傳動(dòng)系和儀表板群，要求低功耗模式運行以使車(chē)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，當其在輕負載（通常小于 30mA）期間被開(kāi)啟時(shí)將運行在 PFM（脈沖頻率調制）中。在大多數系統中，許多存儲器設備在點(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，通常需要不到 100uA 的電流。為了支持這種運行模式，總模耗應低于 300uA。TPIC74100-Q1 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，用于輸出負載的減少的負載電流量是不存在的。在這種模式下，轉換器效率更低，由于更高的負載電流，輸出電壓紋波將比 PWM 模式下稍大一些。實(shí)現低功耗模式功能，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)進(jìn)入 PWM 模式。通過(guò)開(kāi)啟低功耗模式，降壓和升壓之間的轉換還有 PWM 模式和 PFM 模式之間的轉換將同時(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 )不斷給設計人員帶來(lái)挑戰的問(wèn)題。在許多需要在這些條件下不斷保持運行的車(chē)載電源管理系統應用中，或者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數量和 PCB 空間（其具有功率開(kāi)關(guān)和同步運行集成的特點(diǎn)）。TPIC74100-Q1 采用一個(gè)具有散熱焊盤(pán)的 20 引腳 PWP 封裝，其規定的工作溫度范圍為 -40℃～+125℃。