可靠的車載電源管理設計 拋負載和冷啟動問題的解決

啟動降壓－升壓轉(zhuǎn)換器

　　車載應用中，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撲結構。根據(jù)開關晶體管的占空比，可是可以對該輸出電壓進行調(diào)節(jié)。

　　這種拓撲結構由一個降壓功率級及其兩個功率開關組成，這兩個開關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。這些開關能夠以三種不同的運行模式進行控制：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撲結構。

　　TPIC74100-Q1 是一款降壓－升壓開關模式調(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，也是在同步配置中被設計出來的，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用。當 5V 輸出軌超出規(guī)定容差時，該器件還可提供一種復位功能，用于檢測和指示。

　　TPIC74100-Q1 擁有一個頻率調(diào)制方案，允許系統(tǒng)設計通過在頻帶上擴散頻譜噪聲（而非在特定頻率上達到峰值）來滿足 EMC 要求…

　　5Vg 輸出是一種開關 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載時防止“復位”聲明 (assert)。這種功能由 5Vg_ENABLE 終端控制。如果該輸出（5Vg 輸出）上有一個接地短路，那么輸出將通過在斬波模式下運行來進行自我保護。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) 和輸出負載條件的不同，該運行模式在降壓和升壓模式之間進行自動切換。

　　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：傳動系和儀表板群，要求低功耗模式運行以使車輛點火處于“關閉”時的功耗處于最小。TPIC74100-Q1 擁有一個輸入 LPM，當其在輕負載（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，許多存儲器設備在點火處于“關閉”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。通過開關頻率的變化完成調(diào)節(jié)。

　　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(zhuǎn)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)換將同時進行。

結論

　　在許多車載應用中，車載瞬態(tài)電壓是一個將會不斷給設計人員帶來挑戰(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，降壓－升壓轉(zhuǎn)換器將起到一個關鍵作用。TPIC74100-Q1 車載降壓/升壓轉(zhuǎn)換器將簡化車載環(huán)境中的設計，并且使設計工程師可以節(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℃。