汽車電源線連續和瞬態傳導幹擾測試的測試級別

 

所有這些類型的事件產生了對電子設備可能存在問題的電氣條件。為了測試漏洞
，每個汽車製造商都有自己豐富的傳導抗擾（CI）測試套件，並且有ISO 7637和ISO 16750等(deng)國(guo)際(ji)標(biao)準(zhun)給(gei)出(chu)的(de)標(biao)準(zhun)脈(mai)衝(chong)波(bo)形(xing)。除(chu)了(le)常(chang)見(jian)的(de)欠(qian)壓(ya)和(he)過(guo)壓(ya)瞬(shun)態(tai)源(yuan)之(zhi)外(wai)，疊(die)加(jia)在(zai)直(zhi)流(liu)母(mu)線(xian)上(shang)的(de)交(jiao)流(liu)發(fa)電(dian)機(ji)正(zheng)弦(xian)曲(qu)線(xian)噪(zao)聲(sheng)可(ke)能(neng)是(shi)有(you)害(hai)的(de)，尤(you)其(qi)對(dui)於(yu)汽(qi)車(che)信(xin)息(xi)娛(yu)樂(le)和(he)照(zhao)明(ming)係(xi)統(tong)而(er)言(yan)。

 

大多數汽車試圖使用由低通電感加電容（LC）濾波器和瞬態電壓抑製器（TVS）陣列組成的無源電路來消除瞬態幹擾。這樣一來，位於保護網絡下遊的汽車電子設備可以承受高達40V的瞬態電壓而不會損壞。但是

，低頻情況下降低幹擾所需的電感器/電解電容器組合占用了大量的空間。

 

幸運的是
，有更緊湊的處理瞬態的方法。此方法使用具有高電源抑製比（PSRR
，其中抑製表示為輸出噪聲與輸入噪聲的對數比）同步降壓-升壓直流/直流轉換器的有源濾波器。除了處理濾波之外，有源濾波器還提供電池電壓調節和瞬態抑製。

 

同步降壓-升壓轉換器

 

設計與汽車電池配合使用的穩壓器時，設計人員必須記住，電池電壓可高於輸出電壓設定值（如電池充電時），低於設定值（與嚴重放電時相同），等於設定值。這種可變性需要降壓-升壓轉換。傳統的降壓或升壓轉換器在這裏無法滿足要求的，因為兩者分別僅是降壓或升壓轉換。

 

可以圍繞LM5175-Q1控製器設計四開關同步降壓-升壓轉換器
，以輸出嚴格穩壓的12V電源軌。這種方法適用於發動機管理單元（EMU）和其他重要的汽車功能，這些功能要求即使在最嚴重的電池電壓瞬變期間，負載也必須保持通電而不出現問題。

 

這種現代降壓-升壓功率級的主要吸引力是將簡單的降壓或升壓工作模式用於實現高轉換效率。與傳統的單開關（反相）降壓-升壓相反，電路產生正輸出電壓。另外，憑借簡單的磁性組件
，相對於SEPIC、反激式、Zeta和級聯升壓-降壓拓撲結構
，它有更小的功率損耗和更高的功率密度。

 

四開關降壓-升(sheng)壓(ya)轉(zhuan)換(huan)器(qi)具(ju)有(you)直(zhi)觀(guan)的(de)拓(tuo)撲(pu)結(jie)構(gou)。它(ta)還(hai)相(xiang)對(dui)緊(jin)湊(cou)，采(cai)用(yong)控(kong)製(zhi)啟(qi)動(dong)，同(tong)時(shi)在(zai)升(sheng)壓(ya)模(mo)式(shi)下(xia)引(yin)入(ru)短(duan)路(lu)保(bao)護(hu)。同(tong)樣(yang)


，控(kong)製(zhi)和(he)補(bu)償(chang)很(hen)簡(jian)單(dan)
，轉(zhuan)換(huan)器(qi)使(shi)用(yong)恒(heng)定(ding)開(kai)關(guan)頻(pin)率(lv)。因(yin)此(ci)，這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)適(shi)用(yong)於(yu)汽(qi)車(che)電(dian)池(chi)電(dian)壓(ya)調(tiao)節(jie)。

 

 

該電路實現了具有組合峰穀電流模式控製的四開關降壓-升壓轉換器。

 

當輸入電壓分別適當地高於或低於輸出電壓時，電路產生常規的同步降壓或升壓，並且相反非開關支路的高側MOSFET導通為通過器件。

 

 

典型四開關降壓-升壓轉換器電路原理圖說明了功率級和LM5175-Q1控製器芯片的組件。控製器芯片包括集成柵極驅動器、偏置電源、電流感測電路、輸出電壓反饋、環路補償、可編程欠壓鎖定電路以及用於降低噪聲特征的抖動選項。設計人員可以選擇開關頻率。400 kHz開關頻率可以降低電路占用空間，消除對AM廣播頻帶的幹擾。

 

在所附示意圖中，四個功率MOSFET設置為全橋配置中的降壓和升壓橋臂
，其中開關節點SW1和SW2通過功率電感器（由LF表示）連接。當輸入電壓分別適當地高於或低於輸出電壓時
，發生傳統的同步降壓或升壓，並且相反非開關支路的高側MOSFET導通為通過器件。

 

但是，此降壓-升壓實施方案的最引人注目的特征是當輸入接近輸出電壓設定值時
，在降壓-升壓（B-B）轉變區域中采用特殊方案。然後，降壓和升壓橋臂均以一半的開關頻率
，以相移
、交錯方式進行處切換，這非常有利於效率和功率損耗。

 

控(kong)製(zhi)架(jia)構(gou)將(jiang)升(sheng)壓(ya)中(zhong)的(de)峰(feng)值(zhi)電(dian)流(liu)模(mo)式(shi)控(kong)製(zhi)和(he)降(jiang)壓(ya)中(zhong)的(de)穀(gu)值(zhi)電(dian)流(liu)模(mo)式(shi)控(kong)製(zhi)相(xiang)結(jie)合(he)
，實(shi)現(xian)了(le)平(ping)滑(hua)的(de)模(mo)式(shi)轉(zhuan)換(huan)，僅(jin)需(xu)要(yao)一(yi)個(ge)低(di)側(ce)配(pei)置(zhi)的(de)分(fen)流(liu)電(dian)阻(zu)即(ji)可(ke)實(shi)現(xian)電(dian)流(liu)檢(jian)測(ce)。

 

 

效率和分解組件功率損耗與四開關同步降壓-升壓轉換器的（a）負載電流和（b，下圖）輸入電壓。升壓-升壓模式區域在效率與線路圖中很明顯。

 

 

ISO 16750-2疊加正弦交流測試電壓（a），在兩分鍾掃描持續時間內從50Hz到25kHz的頻率掃描記錄（b）。

 

 

在9和16V輸入電壓下對轉換器開環增益和相位圖的仿真顯示了相應的PSRR性能。

 

上圖是9和16V輸入的模擬波特圖
，環路交叉頻率分別為14 kHz和17kHz。

 

下圖是模擬PSRR
，分別顯示了在1kHz時，9V和16V輸入的衰減分別為40dB和42dB。

 

 

觀察效率和組件功率耗散對於轉換器設計線路和負載的曲線圖很有趣。考慮到總體損耗，具有12V穩壓輸出的轉換器很容易在寬範圍的輸出電流和輸入電壓下達到95％以上的效率。

 

車載電子設備的一個重要特性是對音頻（AF）fanweineichuandaoshuntaidekangganraoxing。zhezhongzaoshengdelaiyuanshizaishuchushangyoucanyujiaoliudiandeqichejiaoliufadianji。jiaoliufadianjidedingziraozujibenshangshijuyougaozukangshuchudesanxiangzhengxiandianliuyuan，kuiruerjiguanquanbozhengliuqi。zhengliuchanshengzhongdiededianliumaichong
，bowenyousanxiangqueding。

 

ISO 16750-2第4.4節描述了汽車電子設備應能承受的交流發電機輸出的電壓紋波。根據測試脈衝嚴重程度
，測試信號在50 Hz至25 kHz的頻率範圍內
，幅值為峰峰值1V，2V和4V。

 

最大PSRR

 

直流/直流轉換器的PSRR與環路帶寬相關並受其影響。環路帶寬通常限於開關頻率的20％或更低
，取決於在升壓模式下出現的右半平麵零（RHPZ）頻率。在諸如TI的LM5175-Q1等控製器中，PSRR性能在很大程度上與VIN 和負載變化無關。這是由於具有基於VIN 和VOUT差值的自適應斜坡補償電流模式控製方案，設計用於提高PSRR和抑製線路瞬態。

 

在隨附的電路原理圖中
，標注為CSLOPE的電容器用於斜坡補償設置。CSLOPE 被選擇為在穀值（峰值）電流模式降壓（升壓）工作模式下的典型的電感器上升斜坡（下降斜坡）的理想的無差拍響應。可用的電感器斜率的一半理論上提供最佳線路抑製
，但這表示用於環路穩定性的最小斜坡補償。

 

總而言之，四開關同步降壓-升壓轉換器是在汽車應用中實現穩定電壓調節
，而且緊湊經濟。它使得不再需要龐大的無源濾波器組件。此降壓-升壓控製器還通過了AEC-Q100汽車認證。

 

 

 

左圖是當9V直流輸入具有1V峰峰值幅值疊加1kHz正弦波紋時，同步降壓-升壓轉換器的輸出電壓。所有電壓都使用去除開關頻率噪聲的交流示波器探頭耦合進行測量。輸入電壓通過連接為源極跟隨器的串聯n溝道MOSFET進行調製。輸入信號衰減大約40dB
，符合預期。右下圖是在冷啟動瞬變期間的輸出電壓
，下降到3V持續20毫秒。使用汽車冷啟動模擬器。如上所述，四開關同步降壓-升壓轉換器通過冷啟動曲線無縫調節，保持輸出電壓在其額定12V設定值。功率MOSFET在低輸入電壓時具有足夠的柵極驅動幅度，因為VOUT為控製器的偏置引腳輸入供電。

 

 

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