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降壓 - 升壓穩(wěn)壓器有利于汽車傳導抗擾性

星星科技指導員 ? 來源:TI ? 作者:TI ? 2023-04-07 09:18 ? 次閱讀
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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)電機工作狀態(tài)。然而,電池電源總線也受到廣泛的動態(tài)干擾,包括起停、冷啟動和負載轉(zhuǎn)儲瞬變的限制。

每個汽車制造商除了由國際標準化組織(ISO)7637和ISO 16750等行業(yè)標準給出的標準脈沖波形之外,還具有獨特且廣泛的傳導抗擾度測試套件。表1列出了幾種欠壓和過壓汽車瞬變特性。

瞬態(tài) 原因 幅度和持續(xù)時間 相關標準
負載突降 高輸出電流下斷開交流發(fā)電機的放電電池 鉗位至Us * = 35 V,取決于交流發(fā)電機的集中式鉗位和穩(wěn)壓器的響應時間 ISO 16750-2:2012第4.6.4節(jié)
冷啟動 啟動電機通電后電池電壓降低和后續(xù)恢復 在冷啟動期間,初始低壓坪(U56)低至15ms時為 2.8V ISO 16750-2:2012第4.6.3節(jié)(也包括其OEM變體)
雙電池助動啟動 帶有雙電池電氣系統(tǒng)的商用車助動啟動 24V,2分鐘 ISO 16750-2:2012第4.3.1節(jié)
發(fā)電機調(diào)壓器故障 交流發(fā)電機的電壓穩(wěn)壓器故障,導致電池充滿電 18V,1小時 針對OEM
反向電壓 電池端子誤連接施加的負電壓 -14V,1分鐘 ISO 16750-2:2012第4.7節(jié)
電感負載 切換或斷開大電流電感負載(風機、車窗馬達、制動系統(tǒng)等) -150V,2ms(脈沖1)
+ 150V,50μs(脈沖2a)
ISO 7637-2:2011脈沖1、2a、2b、3a、3b
疊加交流電壓 由于交流發(fā)電機的三相橋式整流輸出電壓交流電壓承受直流電池電壓 在50HZ至25kHz條件下,1V至4V幅度掃描持續(xù)2分鐘以上 ISO 16750-2:2012第4.4節(jié)

表1:汽車電池連續(xù)和瞬態(tài)傳導干擾與相關測試水平

發(fā)電機引起的噪聲

音頻范圍內(nèi),一個特別討厭的噪聲源是汽車交流發(fā)電機,其輸出端所產(chǎn)生的殘留交流電會導致交流發(fā)電機發(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)電機輸出的紋波電壓,峰值幅度(VPP)為1V、2V和4V,具體取決于測試脈沖的嚴重程度。參見圖1。

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圖1:ISO 16750-2疊加交流電壓測試(a);在兩分鐘掃描持續(xù)時間內(nèi)從50Hz到25kHz的對數(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源電路保護網(wǎng)絡被用作抑制瞬態(tài)干擾的第一道防線。位于保護網(wǎng)絡下游的汽車電子器件的額定值可承受高達40V的瞬態(tài)且不會損壞。然而,LC濾波器要求的截止頻率要衰減低頻干擾,導致產(chǎn)生了相當大的濾波電感和電解電容。此時,一個有源功率級的存在是必要的,其可以消除龐大的無源濾波器組件,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)濟高效的解決方案。

四開關同步降壓 - 升壓穩(wěn)壓器

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

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

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圖2:具有3V至36V寬VIN范圍的四開關同步降壓 - 升壓解決方案

圖3a所示為當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所示為在使用汽車冷啟動模擬器的冷啟動瞬變下降至3V,持續(xù)20ms的輸出電壓。四開關降壓 - 升壓轉(zhuǎn)換器通過冷啟動曲線無縫調(diào)壓。

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

總結

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同步降壓 - 升壓為減輕汽車應用中的瞬態(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)認證,可方便其集成到車載12V單電池和24V雙電池系統(tǒng)中。

審核編輯:郭婷

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