汽車電池的穩(wěn)態(tài)電壓范圍為9V至16V，具體取決于其充電狀態(tài)、環(huán)境溫度和交流發(fā)電機(jī)工作狀態(tài)。然而，電池電源總線也受到廣泛的動(dòng)態(tài)干擾，包括起停、冷啟動(dòng)和負(fù)載轉(zhuǎn)儲(chǔ)瞬變的限制。

每個(gè)汽車制造商除了由國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)7637和ISO 16750等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)給出的標(biāo)準(zhǔn)脈沖波形之外，還具有獨(dú)特且廣泛的傳導(dǎo)抗擾度測(cè)試套件。表1列出了幾種欠壓和過壓汽車瞬變特性。

表1：汽車電池連續(xù)和瞬態(tài)傳導(dǎo)干擾與相關(guān)測(cè)試水平

發(fā)電機(jī)引起的噪聲

在音頻范圍內(nèi)，一個(gè)特別討厭的噪聲源是汽車交流發(fā)電機(jī)，其輸出端所產(chǎn)生的殘留交流電會(huì)導(dǎo)致交流發(fā)電機(jī)發(fā)出“嗚嗚聲”和電源調(diào)制問題。表1中提到的ISO 16750-2第4.4節(jié)描述了在50Hz至25kHz的頻率范圍內(nèi)交流發(fā)電機(jī)輸出的紋波電壓，峰值幅度(VPP)為1V、2V和4V，具體取決于測(cè)試脈沖的嚴(yán)重程度。參見圖1。

圖1：ISO 16750-2疊加交流電壓測(cè)試(a);在兩分鐘掃描持續(xù)時(shí)間內(nèi)從50Hz到25kHz的對(duì)數(shù)頻率掃描曲線(b)

在許多車輛中，由低通電感 - 電容(LC)濾波器和瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)二極管組成的集中式無(wú)源電路保護(hù)網(wǎng)絡(luò)被用作抑制瞬態(tài)干擾的第一道防線。位于保護(hù)網(wǎng)絡(luò)下游的汽車電子器件的額定值可承受高達(dá)40V的瞬態(tài)且不會(huì)損壞。然而，LC濾波器要求的截止頻率要衰減低頻干擾，導(dǎo)致產(chǎn)生了相當(dāng)大的濾波電感和電解電容。此時(shí)，一個(gè)有源功率級(jí)的存在是必要的，其可以消除龐大的無(wú)源濾波器組件，并為緊湊的電壓調(diào)節(jié)和瞬態(tài)抑制提供了緊湊且經(jīng)濟(jì)高效的解決方案。

四開關(guān)同步降壓 - 升壓穩(wěn)壓器

寬VIN降壓 - 升壓穩(wěn)壓器解決方案的優(yōu)點(diǎn)在于其高電源抑制比(PSRR)，提供優(yōu)異的瞬態(tài)力學(xué)來(lái)衰減輸入電壓瞬變。考慮到這一點(diǎn)，我最近寫了一篇文章：“汽車前端降壓 - 升壓穩(wěn)壓器主動(dòng)過濾電壓干擾”，它描述了汽車應(yīng)用的高密度解決方案。

圖2所示為四開關(guān)降壓 - 升壓穩(wěn)壓器的原理圖，用于輸出緊密調(diào)壓的12V導(dǎo)軌。該解決方案非常適用于關(guān)鍵的汽車功能，包括傳動(dòng)列、燃料系統(tǒng)以及車身和安全子系統(tǒng)，即使在最嚴(yán)重的電池電壓瞬變過程中，負(fù)載必須保持供電而沒有故障。這種易于使用的設(shè)計(jì)工具簡(jiǎn)化了穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)和上市時(shí)間的速度提升。

圖2：具有3V至36V寬VIN范圍的四開關(guān)同步降壓 - 升壓解決方案

圖3a所示為當(dāng)9V的直流輸入具有帶1V峰幅度和1kHz頻率的疊加正弦波紋時(shí)的降壓 - 升壓穩(wěn)壓器的輸出電壓波形。輸入紋波衰減約40dB。圖3b所示為在使用汽車?yán)鋯?dòng)模擬器的冷啟動(dòng)瞬變下降至3V，持續(xù)20ms的輸出電壓。四開關(guān)降壓 - 升壓轉(zhuǎn)換器通過冷啟動(dòng)曲線無(wú)縫調(diào)壓。

圖3：測(cè)量的四開關(guān)降壓 - 升壓轉(zhuǎn)換器：9V直流輸入(a)波紋抑制;冷啟動(dòng)性能(b)

總結(jié)

憑借其高電源電壓抑制比(PSRR)、高效率和低總體物料清單成本，如同TI的LM5175-Q1電流模式控制器的四開關(guān)同步降壓 - 升壓為減輕汽車應(yīng)用中的瞬態(tài)干擾提供了有用的解決方案。該降壓 - 升壓控制器具有汽車業(yè)認(rèn)證，可方便其集成到車載12V單電池和24V雙電池系統(tǒng)中。