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可承受汽车全输入电压范围的中间电压8V开关电源

可承受汽车全输入电压范围的中间电压8V开关电源

点击数:7315 次   录入时间:03-04 12:00:35   整理:http://www.55dianzi.com   电动车-摩托车-汽车

     

    (式24)

    考虑到放电阶段的净放电电流为615μA1,RTCT引脚上所增加电压的放电时间等于:

     

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    (式25)

    160ns最小tOFF意味着最大占空比为68%。再次将升压调节器占空比公式应用到本例(式20),要求最大占空比(较低输入电压,本例中为5V),IC1将OUTA引脚上的最大电压调节至:

     

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    (式26)

    该电压值保证IC2不工作在压差条件。



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    电感选择

    升压调节器的最小输出电流约束电感值的选择。为确保调节器IC1总是工作在连续模式,最小电感值为:

     

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    (式27)

    该设计中,最差条件为VIN处于其最大值(11.67V)时,对应占空比为37%。

    当8V节点的最小电流为1A,降压转换器IC2的效率为90%时,降压调节器的最小输出功率变为9.44W。该功率对应于538mA最小输出电流IOUTA(MIN),由升压调节器源出。综合考虑这些情况,解式27,最小电感值为1.32μH。对于本设计,为L1选择2.2μH电感。

    电流检测

    当检测电阻上的电压达到典型值305mV时,触发IC1的限流。所以,为正确选择该电阻,必须计算升压电感中的峰值电流:

     

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    (式28)

    输入电压为其最小值时,达到峰值。本例中为5V,最大占空比为68%。如在式26中的计算,升压输出电压(OUTA引脚)为15.32V,要求1.46A的IOUTA电流,以为IC2提供必要功率。最差情况下,电感峰值电流为4.95A。为保留合适裕量,将检测电阻设计为在电感电流达到峰值时的压降为200mV。

     

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    (式29)

    所以,为R10选择40MΩ电阻。

    实验室测试

    冷启动测试

    在实验室进行了冷启动测试。强制主电源电压(IN)在10ms内从12V降至7V。如图1所示,当IN电压下降时,IC1开始将OUTA电压升高至17.5V。这允许IC2将OUTB电压调节至8V。另一方面,当输入电压返回至其工作值时,IC1停止工作,OUTA电压下降至IN电压,二极管D2和电感L1上有小量压降。每次测试时,OUTB引脚上的输出负载为2.5A。

     

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    图1

     

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    图2

     

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    图3

    图2和图3所示分别为放大的冷启动电压下降和上升阶段。

    分析频域

    借助于示波器的嵌入式FFT工具,将冷启动期间IC2的开关节点LX_Buck引脚电压的频谱显示于图4 (IN电压下降)和图5 (IN电压上升)。注意,频谱包括2MHz频率、相应谐波,当然还有直流分量。没有低于2MHz的交流分量,从而防止AM波段的噪声干扰。

    对IC1的开关节点LX_Boost执行相同的过程。图6和图7中的测试结果显示有2MHz频率、谐波、直流分量,消除了AM波段噪声。

     

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    图4

     

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    图5

     

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    图6

     

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    图7

    可选的设计改进

    为优化效率,正常应用条件下,如果升压调节器IC1不工作,设计者可旁路肖特基二极管D2。主电源为正常值时,将一个n沟道MOSFET与D2并联,可以实现这一目的。为降低电磁干扰(EMI),减缓MOSFET栅极上的电压沿并增加外部电阻(R8、R17、R18和R19)。这样将增加功耗。为滤除IC1电流检测波形中的尖峰脉冲,增加一个小RC滤波器(C6和R9)将非常有用。通过向R7电阻增加失调,也可降低IC1的限流门限。这将降低检测电阻R10上的功耗。



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