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|效率高达99.9%的汽车电子系统供电保护方案( 三 )


启动工况
发动机启动工况（ISO 16750-2：测试4.6.3）属于极端欠压瞬变 ， 有时候指代冷启动脉冲 ， 这是因为在更低温度下 ， 会发生最糟糕的电池压降 。 特别是 ， 当启动器启动时 ， 12 V电池电压可能立刻降低到8 V、6 V、4.5 V或3 V ， 具体由严重程度分类决定（分别为I、IV、II和III级） 。
在有些系统中 ， 低压差(LDO)线性稳压器或开关降压稳压器足以支持电源电轨应对这些瞬变 ， 只要ECU电压低于最低的输入电压 。 例如 ， 如果最高的ECU输出电压为5 V ， 且其必须达到严重程度等级IV（最低输入电压6 V） ， 那么使用压差低于1 V的稳压器即可 。 发动机启动工况电压最低的分区只能持续15 ms至20 ms ， 所以大型旁路电容之后的整流器件（肖特基二极管、理想的二极管控制器、主动整流器控制器）可能能够经受这部分脉冲 ， 如果电压净空短暂地下降至低于稳压器压降差 。
但是 ， 如果ECU必须支持高于最低输入电压的电压 ， 则需要使用升压稳压器 。 升压稳压器可以在高电流电平上 ， 有效保持来自低于3 V的输入的12 V输出电压 。 但是 ， 升压稳压器还存在一个问题：从输入到输出的二极管路径无法断开 ， 所以自然地电流在启动时或者短路时不受限 。 为了防止电流失控 ， 专用的升压稳压器（例如LTC3897控制器）集成浪涌抑制器前端来支持输出断开和限流 ， 以及在使用背靠背N通道MOSFET时提供反向电压保护 。 这个解决方案可以利用单个集成电路解决负载突降、发动机启动和电池反接 ， 但是可用电流受浪涌抑制器MOSFET的SOA限制 。
4开关降压-升压稳压器通过共用的电感来联合同步降压稳压器和同步升压稳压器 ， 以消除此限制 。 这种方法可以满足负载突降和发动机启动工况测试的要求 ， 且电流电平或脉冲持续时间不会受到MOSFET SOA限制 ， 同时还保有断开输出和限流的能力 。
降压-升压稳压器的开关操作由输入和输出电压之间的关系决定 。 如果输入远高于输出 ， 升压顶部开关持续开启 ， 降压功率级则降低输入 。 同样 ， 如果输入远低于输出 ， 降压顶部开关持续开启 ， 升压功率级则增高输出 。 如果输入和输出大致相等（在10%至25%之间） ， 那么降压和升压功率级会以交错方式同时开启 。 如此 ， 可以通过仅对高于、约等于或低于输出的输入电压实施稳压所需的MOSFET限制开关 ， 分别最大化各个开关区域（降压、降压-升压、升压）的效率 。
ISO 16750-2解决方案汇总
图3汇总介绍了应对负载突降、反向输入电压、叠加交变电压和发动机启动工况测试的各种解决方案 ， 以及各种方案的优缺点 。 可以得出几个关键结论：
? 漏极面向输入的串接N通道MOSFET极其有用 ， 因为它可用于限流和断开输出 ， 无论是它被用作开关（例如 ， 在降压功率级中）或线性控制器件（例如 ， 在浪涌抑制器中） 。
? 涉及反向输入保护和叠加交变电压时 ， 使用N通道MOSFET作为整流组件（面向输入的源极）可以大幅降低功率损失和压降（与使用肖特基二极管相比） 。
? 相比线性稳压器 ， 使用开关模式电源更合适 ， 因为它可以消除功率器件的SOA导致的可靠性问题和输出电流限制 。 它可以无限调节输入电压极限值 ， 而线性稳压器和无源解决方案本身存在时间限制 ， 这种限制会令设计更加复杂 。
? 升压稳压器可能需要使用 ， 也可能不需要使用 ， 具体由启动工况的分类和ECU（必须提供的最高电压是多少）的详情决定 。
如果需要升压稳压 ， 那么4开关降压-升压稳压器会将上述需要的特质融合到单个器件中 。 它可以在高电流电平下 ， 有效调节严重欠压和过压瞬变 ， 以延长持续时间 。 从应用的角度来看 ， 这使其成为最可靠和简单的方法 ， 但其设计复杂性也会增加 。 然而 ， 典型的4开关降压-升压稳压器存在一些缺点 。 其一 ， 不能自然提供反向电池保护 ， 必须使用额外电路来解决这个问题 。


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