2.7V 至 40V 單片降壓-升壓型 DC/DC 轉換器增強了輸入功能 在汽車冷車發(fā)動和負載突降瞬態(tài)時能無

手持式設備、工業(yè)儀表和汽車電子系統(tǒng)都需要能支持多種輸入電壓的電源解決方案，這些輸入電壓是由汽車輸入電壓瞬態(tài)、阻性電路壓降和多種電源產生的。進一步的設計挑戰(zhàn)是，應用常常需要各種穩(wěn)定的電壓軌，包括一些位于輸入電壓范圍內的電壓軌。LTC3115-1 降壓-升壓型 DC/DC 轉換器具備范圍很寬的 2.7V 至 40V 輸入和輸出電壓能力、高效率、小占板面積、以及在升壓和降壓工作模式之間無縫轉換的能力，易于滿足這類應用的需求。

就汽車電子系統(tǒng)而言，LTC3115-1 在負載突降瞬態(tài)、甚至最嚴酷的冷車發(fā)動情況下，都可不間斷地工作。該器件的可編程開關頻率優(yōu)化了效率，支持在 2MHz 頻率工作，以確保開關噪聲和諧波落在高于 AM 廣播頻段的頻率上。LTC3115-1 采用專有的低噪聲 PWM 控制算法，可最大限度地降低所有工作條件下的電磁輻射，甚至在升壓和降壓工作模式之間進行轉換時以及在整個負載電流范圍。內部鎖相環(huán)允許開關邊沿與外部時鐘同步，以在噪聲敏感應用中進一步控制 EMI。

準確的 RUN 引腳以獨立的遲滯控制，提供可編程輸入欠壓閉鎖門限。LTC3115-1 以突發(fā)模式 (Burst Mode?) 工作時僅消耗 30μA 靜態(tài)電流，在停機模式時消耗 3μA 電流，因此能將汽車電池的備用漏電流降至可忽略不計的水平。

LTC3115-1 還非常適用于手持式設備，這類設備需要連接多種電源。盡管就便攜式設備而言，由專用 AC 適配器或單電源供電一度很常見，但是現在很多便攜式設備必須與各種輸入兼容，包括汽車、USB、Firewire 和未穩(wěn)壓的交流適配器。新一代軍用電臺以及支持性電子系統(tǒng)是一種極端的例子，這類應用要求能用所有可用電源工作，以能在緊急情況下使用，并最大限度地減少須攜帶到現場的電池之種類。

另外，為了減輕設計負擔，很多產品系列都采用單電源設計，而且多種版本的產品共用一種設計。這就要求常見電源最廣泛地支持該系列中任何產品都會用到的輸入電壓。憑借 2.7V 至 40V 的寬輸入和輸出電壓范圍、內部電源開關以及高效率，LTC3115-1 提供了這類要求苛刻的應用所需的功能和靈活性。

圖 1：具備 2.7V 至 40V 寬入范圍的 5V 穩(wěn)壓器

5V、2MHz 的微型汽車電源

汽車中電子子系統(tǒng)的激增導致了對小尺寸、高可靠性電源的需求，這類電源可以在汽車環(huán)境呈現的苛刻條件下工作。LTC3115-1 在汽車運行條件下，甚至當電池充電狀態(tài)或者大電流負載切換以及冷車發(fā)動引起的電壓瞬態(tài)導致電池電壓降至低于所需輸出軌時，仍能提供穩(wěn)定和良好調節(jié)的電壓，因此非常適用于汽車電源這類應用。

圖 2 顯示了一個 5V 汽車電源，該電源非常適用于發(fā)動機控制單元以及其他關鍵功能，包括行車安全、燃料系統(tǒng)和動力傳動子系統(tǒng)，在這類系統(tǒng)中，必須保持對處理器供電，甚至在最嚴重的輸入電壓瞬態(tài)時也沒有干擾。這類應用采用 2MHz 開關頻率，以最大限度地降低所占用的面積，并消除對 AM 廣播頻段的干擾。

圖 2：能應對冷車發(fā)動情況的 5V、2MHz 汽車電源

AUTOMOTIVE 3.3V TO 40V：汽車 3.3V 至 40V

VCC 軌為 LTC3115-1 的內部電路供電，其中包括電源電路柵極驅動器，而且該軌一般通過內部線性穩(wěn)壓器從輸入軌供電。在這個應用中，二極管 D1 旁路內部線性穩(wěn)壓器，直接從穩(wěn)定的輸出電壓給 VCC 軌供電，以提高效率和輸出電流能力。在具備較高開關頻率的應用中，這么做尤其有利，因為與通過內部線性穩(wěn)壓器相比，從轉換器的輸出軌能更高效地提供更大的柵極驅動電流。圖 3 顯示了這個應用電路在 500mA 負載、3.3V 至 40V 輸入電壓時的效率。

圖 3：5V、2MHz 汽車電源的效率隨 VIN 的變化

EFFICIENCY：效率

INPUT VOLTAGE：輸入電壓

過渡汽車負載突降和感應電壓瞬態(tài)

對于常用電源而言，汽車電源軌是對電源最具挑戰(zhàn)性的輸入之一。其標稱電壓在 10.6V 至 15V 范圍內變化，取決于電池充電狀態(tài)、環(huán)境溫度以及交流發(fā)電機是處于充電還是空閑狀態(tài)。除了標稱電壓的變化，汽車電源軌還受到多種動態(tài)干擾，這些干擾由以下因素的變化引起：發(fā)動機 RPM;電動車窗、擋風玻璃刮水器、空調等過渡負載;束線配線中的感應瞬態(tài)。

不過，最極端的情況發(fā)生在負載突降瞬態(tài)時，這種瞬態(tài)可能產生超過 120V、持續(xù)數百微秒的電壓。當交流發(fā)電機給汽車電池充電且電氣開路引起電池與交流發(fā)電機短暫斷接時，就會發(fā)生負載突降瞬態(tài)。在穩(wěn)壓器響應之前，交流發(fā)電機的全部充電電流都直接加在了汽車電源總線上，從而有可能將其電壓提高到很危險的水平。這類瞬態(tài)可能由機械師修理車輛時從物理上斷開電池連接引起，也有可能由電池電纜中錯誤的連接或電池端子腐蝕導致。

汽車電子系統(tǒng)還必須設計成能承受雙電池猛然起動情況，在這種情況下，當用串聯(lián)連接的第二個電池或具備雙電池電氣系統(tǒng)的商用車輛猛然啟動汽車時，汽車電子系統(tǒng)要在較長時間內承受 24V 電壓。汽車總線上的另一種過壓情況是由交流發(fā)電機穩(wěn)壓器故障引起的，在汽車電子系統(tǒng) OEM 進行的電池測試中，常常包括對這種過壓情況的測試。這種故障可能導致交流發(fā)電機的充電電流全部加到電池上，并產生大約為 18V 并持續(xù)較長時間的過高電壓。

切換大功率負載會引起負載快速變化，汽車電源軌還會受到這種變化導致和持續(xù)時間很短的過壓瞬態(tài)影響，這類大功率負載包括與汽車束線配線中很大的電感相互作用的電動車門、風扇以及冷卻風扇電動機。

在大多數汽車中，由低通 LC 濾波器和瞬態(tài)電壓抑制 (TVS) 陣列組成的無源保護網絡被用作第一道防線，以箝制電源總線的峰值擺幅。一般情況下，位于保護網絡下游的汽車電子系統(tǒng)必須承受高達 40V 的瞬態(tài)電壓而不被損壞。關鍵系統(tǒng)不僅必須承受而且還必須在通過這類瞬態(tài)時無縫地工作，并且無中斷。圖 4 說明，LTC3115-1 能保持 5V 電源軌的不間斷調節(jié)，以 1ms 上升和下降時間通過 13.8V 至 40V 短暫電壓瞬態(tài)。

圖 4：13.8V 至 40V 負載突降電壓瞬態(tài)

10V/DIV：每格 10V

在汽車冷車發(fā)動瞬態(tài)時無縫工作

高壓瞬態(tài)在汽車電源總線上是個問題，但是也許更具挑戰(zhàn)性的問題是欠壓瞬態(tài)。最嚴重的欠壓瞬態(tài)是由冷車發(fā)動引起的，最初啟動發(fā)動機時，會發(fā)生冷車發(fā)動情況。

典型的冷車發(fā)動電壓波形如圖 5 所示。最初的穩(wěn)定低壓是最極端的情況，當發(fā)動機啟動器開始轉動完全停止的發(fā)動機時，就會引起這種情況。在這個階段，汽車的總線電壓可能降至低于 4V。更冷的溫度會使情況惡化，因為機油粘性越大，要求發(fā)動機啟動器提供的扭矩就越大。第一個穩(wěn)定期之后，是第二個電壓稍高一點的穩(wěn)定期。在啟動器保持發(fā)動機轉動的同時，第二個穩(wěn)定電壓一般接近標稱電池電壓的一半。一旦發(fā)動機啟動完畢，電池就恢復到標稱電壓。

圖 5：12V 至 4.5V 冷車發(fā)動電壓瞬態(tài)

在發(fā)生冷車發(fā)動瞬態(tài)時，安全裝置以及發(fā)動機的關鍵組件 (例如: 發(fā)動機控制單元、燃料注入系統(tǒng)等) 都要從始至終保持運行。如圖 5 所示，在發(fā)生欠壓情況時，自動和無縫地切換到升壓工作模式，LTC3115-1 的降壓-升壓型架構使該器件能保持輸出穩(wěn)壓，因而可通過即使最嚴重的冷車發(fā)動瞬態(tài)。

由于當今的汽車包括了自動化節(jié)油、按需引擎起/停 (當車輛遭遇紅燈或在車流中短暫停駛時，汽車的引擎被關閉) 等功能，因此冷車發(fā)動能力對于汽車電子而言其重要性有所增加。配備按需起動功能的汽車容易遇到頻繁的欠壓發(fā)