如何在汽車電池電壓下降時最大限度地減少預升壓轉換器下沖

1. 前言

混合動力電動汽車 (HEV) 中的啟停系統(tǒng)通過在怠速期間停止發(fā)動機來幫助減少燃料消耗和排放，但只要發(fā)動機重新啟動，電池電壓就會下降。為了在電池電壓下降期間為負載提供所需的最低電壓，預升壓轉換器廣泛用于汽車中。

表 1 顯示了預升壓轉換器的典型要求。

表 1：預升壓轉換器規(guī)格

在這篇文章中，我將解釋當電池電壓下降時影響預升壓轉換器輸出電壓下沖的關鍵參數(shù)。

2.小信號分析

根據(jù)傳統(tǒng)的小信號分析，影響輸出下沖的重要參數(shù)有兩個：轉換器的環(huán)路響應和功率級的輸出阻抗。表 2 顯示了優(yōu)化環(huán)路響應和輸出阻抗的因素。

表 2：改善環(huán)路響應和降低輸出阻抗的因素

3.大信號分析

除了小信號分析中的兩個參數(shù)外，大信號分析中還有另外三個參數(shù)影響輸出下沖：誤差放大器到脈寬調制器 (PWM) 比較器的偏移、誤差放大器源能力和喚醒延遲. 由于所有三個參數(shù)都依賴于器件，并且沒有一個是用戶可調或用戶可編程的，因此在設計預升壓轉換器時，器件選擇非常重要。

誤差放大器到 PWM 比較器偏移

傳統(tǒng)升壓器件從誤差放大器輸出到 PWM 比較器的輸入有大約 1.2V 的偏移（見圖 1）。由于在誤差放大器輸出大于偏移電壓之前器件無法開始開關，因此最小化該偏移是改善電池電壓下降期間下沖的關鍵因素。

圖 1：升壓設備的控制器塊

誤差放大器源能力

有時，由于誤差放大器的限制，下沖會增加。理想情況下，誤差放大器的增益應該在典型的誤差放大器工作范圍內保持恒定，但如果誤差放大器的輸出能力不足，則增益會下降。

喚醒延遲

因為當電池電壓在正常范圍內時，預升壓轉換器通常會進入低靜態(tài)電流 ( IQ ) 待機模式以最大程度地減少電池消耗，所以將設備從低 I Q待機模式喚醒需要一些時間。由于器件在喚醒之前無法開始切換，因此在較長的喚醒延遲期間可能會出現(xiàn)過度下沖。

LM5150-Q1 汽車升壓控制器

LM5150-Q1 是一款 2.2MHz 汽車升壓控制器，在待機模式下具有超低 I Q。該器件專為在啟停系統(tǒng)中用作預升壓轉換器而設計，只有 0.3V 的偏移和強大的跨導誤差放大器。喚醒延遲小于6μs，是業(yè)內最快的。

LM5150-Q1 器件是一種寬輸入范圍自動升壓控制器。該器件適合用作預升壓轉換器，用于在汽車啟動期間保持來自車輛電池的輸出電壓或在車輛電池丟失期間保持來自備用電池的輸出電壓。

LM5150-Q1 開關頻率由一個電阻器設置為 220 kHz 至 2.3 MHz?？焖偾袚Q (≥ 2.2 MHz) 可最大限度地減少 AM 頻段干擾，并允許較小的解決方案尺寸和快速瞬態(tài)響應。

當輸入或輸出電壓高于預設的待機閾值時，LM5150-Q1 以低 I Q待機模式運行，并在輸出電壓低于預設的喚醒閾值時自動喚醒。

該器件瞬態(tài)進入和退出低 I Q待機模式，以延長輕負載時的電池壽命。單個電阻器可對目標輸出調節(jié)電壓和配置進行編程。其他特性包括低關斷電流、升壓狀態(tài)指示器、可調節(jié)的逐周期電流限制和熱關斷。

圖 2 是傳統(tǒng)升壓轉換器與 LM5150-Q1 之間的比較。雖然使用傳統(tǒng)升壓轉換的輸出下沖很大，并且受喚醒時間長、偏移大和誤差放大器源能力不足的影響很大，但使用 LM5150-Q1 的輸出下沖很小并且最小化。傳統(tǒng)升壓轉換器的參數(shù)設置為 1.2V 偏移、100μA 源電流限制、2mA/V 跨導誤差放大器增益和 50μs 喚醒延遲。

圖 2：電池電壓下降期間的預升壓輸出電壓（綠色顯示的是傳統(tǒng)升壓轉換器，紅色顯示的是 LM5150-Q1）

4.結論

預升壓轉換器的輸出下沖受器件選擇的影響。使用 LM5150-Q1 的輸出下沖由于其小失調、大誤差放大器源能力和快速喚醒時間而被最小化。