開關模式的電源的核心組件是 DC-DC 轉換器。今天的車載轉換器必須能夠支持各種運行條件，例如：低壓運行（也就是冷啟動）和正瞬態生存性 (positive transient survivability)（也就是抑製或未抑製的拋負載狀態）。車che載zai子zi係xi統tong的de出chu現xian所suo帶dai來lai的de更geng高gao負fu載zai需xu求qiu使shi得de這zhe些xie數shu據ju的de設she計ji變bian得de更geng為wei複fu雜za。本ben文wen將jiang給gei設she計ji者zhe提ti供gong一yi個ge關guan於yu車che載zai電dian源yuan需xu求qiu的de簡jian要yao介jie紹shao
，並bing且qie介jie紹shao一yi款kuan由you TI 最近推出的新型 DC-DC 轉換器 TPIC74100。

瞬態保護

拋負載

幾乎所有直接連接至汽車電池的電子組件和電路都要求保護，以免於受到抑製、瞬態電壓（高達60V）hefanxiangdianyazhuangtaidesunhai。duiyuzhexiedianzidianlueryan，bixunenggoujingshouzhudianyuanxianlushangyidingchengdudeguodianya，zheyeshizhongchangjiandeyaoqiu。duiyunaxieyaoqiurenheteshuchezaidianzixitongdezhudianyuanshurujunnenggouzaigezhongbutongshuntaidianyazhuangtai（包括交流發電機拋負載）下工作的車載係統來說尤為如此。

由you於yu交jiao流liu發fa電dian機ji控kong製zhi環huan路lu關guan閉bi的de速su度du不bu夠gou快kuai
，因yin此ci
，在zai將jiang電dian池chi電dian壓ya去qu除chu掉diao時shi

，其qi會hui產chan生sheng一yi個ge高gao輸shu出chu電dian壓ya脈mai衝chong。正zheng常chang情qing況kuang下xia，在zai汽qi車che某mou個ge中zhong央yang位wei置zhi，這zhe種zhong高gao能neng脈mai衝chong被bei控kong製zhi（或抑製）在(zai)一(yi)個(ge)較(jiao)低(di)的(de)電(dian)壓(ya)範(fan)圍(wei)內(nei)。但(dan)是(shi)，汽(qi)車(che)製(zhi)造(zao)商(shang)還(hai)是(shi)給(gei)其(qi)供(gong)應(ying)商(shang)規(gui)定(ding)了(le)在(zai)其(qi)電(dian)源(yuan)輸(shu)入(ru)端(duan)可(ke)能(neng)出(chu)現(xian)的(de)剩(sheng)餘(yu)過(guo)電(dian)壓(ya)。這(zhe)種(zhong)情(qing)況(kuang)在(zai)不(bu)同(tong)轎(jiao)車(che)廠(chang)商(shang)中(zhong)有(you)所(suo)差(cha)異(yi)，但(dan)是(shi)轎(jiao)車(che)的(de)標(biao)準(zhun)峰(feng)值(zhi)大(da)約(yue)為(wei) 40V
，而商務車的標準峰值則大約為 60V。一個典型拋負載脈衝的持續時間為十分之幾秒，下圖（圖 1）顯示了該拋負載狀態下的典型脈衝。

圖1：拋負載瞬態

儀表板應用中的冷啟動

車載環境對於電源管理芯片的需求正日益增加。這些需求之一便是需要電源管理 IC nenggouzaiyigekuandianyapianyifanweineigongzuo，zhijielianjiezhidianchidedianzixitongtongchangdouhuiyouzhezhongdianyapianyifanwei。tongguoguanchagailengqidongmaichong，keyimiaoshuchucileishuntaideyigeshili。zhezhongzhuangtaikefashengzaihanlenghuanjingxiacheliangdediyiciqidong。ruguowenduzugoudi（冷卻至零攝氏度）
，那麼引擎的油就會變得粘稠
，通過要求提供更高的功率（扭矩），這就對馬達提出了重負載要求。這樣就需要能夠提供更高電流的電池。重負載需求可以在該點火周期內將電池電壓立刻下拉至 3V。

圖2：輸入電壓變化-冷啟動

我們所麵臨的挑戰是，一些應用必須在該過程中保持運行。這些應用並非隻限於動力傳動係 ECU 或huo者zhe安an全quan苛ke求qiu的de應ying用yong，在zai一yi些xie集ji群qun和he信xin息xi娛yu樂le子zi係xi統tong中zhong也ye同tong樣yang可ke以yi看kan到dao這zhe些xie應ying用yong的de蹤zong影ying。當dang出chu現xian該gai狀zhuang態tai時shi，電dian源yuan管guan理li芯xin片pian必bi須xu對dui輸shu入ru電dian壓ya進jin行xing升sheng壓ya，以yi便bian保bao持chi正zheng確que的de調tiao節jie輸shu出chu電dian壓ya，從cong而er使shi這zhe些xie電dian子zi係xi統tong可ke以yi正zheng確que地di發fa揮hui作zuo用yong。

可用於升壓∕降壓轉換的拓撲結構包括若幹種類：SEPIC（單端初級電感轉換器），或一種純降壓∕升壓轉換器。

SEPIC 轉換器

SEPIC 轉zhuan換huan器qi提ti供gong了le一yi種zhong降jiang壓ya轉zhuan換huan，直zhi到dao輸shu入ru電dian壓ya等deng於yu或huo者zhe降jiang到dao輸shu出chu電dian壓ya電dian平ping之zhi下xia。然ran後hou
，其qi將jiang提ti供gong升sheng壓ya轉zhuan換huan，直zhi到dao電dian池chi電dian壓ya降jiang至zhi最zui小xiao容rong許xu輸shu入ru電dian壓ya的de電dian平ping。使shi用yong SEPIC 的一個主要弊端是，它需要一個單耦合電感器（變壓器）或者兩個單獨電感器
，以及一個耦合電容器，如圖 3 所示。

圖3:使用兩個單獨電感器的SEPIC拓撲結構

這些電感器和線圈的體積均較大
，需要占用更多的 PCB 空間。在那些必須保持體積尺寸和板級空間的應用中，這種情況就更加不適宜。

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啟動降壓－升壓轉換器

車載應用中，對於降壓－升壓轉換器的需求在過去的幾年中急劇增長。對於那些電壓瞬態期間（例如：冷啟動）需要繼續“存活”的應用而言，這就更加有益。

該降壓－升壓轉換器是一款典型的 DC-DC 轉(zhuan)換(huan)器(qi)

，其(qi)具(ju)有(you)一(yi)個(ge)大(da)於(yu)或(huo)者(zhe)小(xiao)於(yu)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)振(zhen)幅(fu)的(de)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)振(zhen)幅(fu)。它(ta)是(shi)一(yi)款(kuan)開(kai)關(guan)模(mo)式(shi)電(dian)源(yuan)
，具(ju)有(you)同(tong)升(sheng)壓(ya)轉(zhuan)換(huan)器(qi)和(he)降(jiang)壓(ya)轉(zhuan)換(huan)器(qi)相(xiang)類(lei)似(si)的(de)電(dian)路(lu)拓(tuo)撲(pu)結(jie)構(gou)。根(gen)據(ju)開(kai)關(guan)晶(jing)體(ti)管(guan)的(de)占(zhan)空(kong)比(bi)，可(ke)是(shi)可(ke)以(yi)對(dui)該(gai)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)進(jin)行(xing)調(tiao)節(jie)。

這(zhe)種(zhong)拓(tuo)撲(pu)結(jie)構(gou)由(you)一(yi)個(ge)降(jiang)壓(ya)功(gong)率(lv)級(ji)及(ji)其(qi)兩(liang)個(ge)功(gong)率(lv)開(kai)關(guan)組(zu)成(cheng)
，這(zhe)兩(liang)個(ge)開(kai)關(guan)又(you)通(tong)過(guo)功(gong)率(lv)電(dian)感(gan)被(bei)連(lian)接(jie)至(zhi)一(yi)個(ge)升(sheng)壓(ya)功(gong)率(lv)級(ji)及(ji)其(qi)兩(liang)個(ge)功(gong)率(lv)開(kai)關(guan)。這(zhe)些(xie)開(kai)關(guan)能(neng)夠(gou)以(yi)三(san)種(zhong)不(bu)同(tong)的(de)運(yun)行(xing)模(mo)式(shi)進(jin)行(xing)控(kong)製(zhi)：降壓－升壓模式、降壓模式和升壓模式。運行的特殊芯片模式是輸入到輸出電壓比率的函數
，同時也是芯片的控製拓撲結構。

TPIC74100-Q1 是一款降壓－升壓開關模式調節器，其在電源概念下工作，以確保一個帶輸入電壓偏移和規定負載範圍的穩定輸出電壓。

TPIC74100-Q1 擁有完整的電壓模式控製開關，也是在同步配置中被設計出來的，以獲得整體增強效率。借助於一些外部組件（LC 組合），該器件可將輸出調節至 5V±3％
，以實現一個寬泛的輸入電壓範圍

，使其可以被許多高輸入電壓所應用。當 5V 輸出軌超出規定容差時，該器件還可提供一種複位功能，用於檢測和指示。

TPIC741 00-Q1 擁有一個頻率調製方案
，允許係統設計通過在頻帶上擴散頻譜噪聲（而非在特定頻率上達到峰值）來滿足 EMC 要求…

5Vg 輸出是一種開關 5V 調節輸出，其帶有內部電流限製功能，以在驅動一個電源線路電容性負載時防止“複位”聲明 (assert)。這種功能由 5Vg_ENABLE 終端控製。如果該輸出（5Vg 輸出）上有一個接地短路，那麼輸出將通過在斬波模式下運行來進行自我保護。但是，在該故障狀態下，這樣做就會增高 VOUT 的輸出紋波電壓。

圖4：TPIC74100概述

降壓－升壓轉換

根據輸入電壓 (Vdriver) 和輸出負載條件的不同
，該運行模式在降壓和升壓模式之間進行自動切換。

在正常運行模式中，該係統將會被配置為一個降壓轉換器。但是，在低輸入電壓脈衝期間，該器件自動地轉換到升壓模式運行，以維持 5V 的電壓調節。當該器件正運行於升壓模式且處於 5.8V 至 5V 的轉換 (crossover) 窗口中時
，輸出調節可能包含一個高於正常情況的紋波，並且僅維持一個 3% 的容差。這種紋波和容差取決於負載情況，負載條件越高，性能就越高。

圖5：降壓-升壓結構

低功耗運行

在一些應用中，例如：傳動係和儀表板群，要求低功耗模式運行以使車輛點火處於“關閉”時的功耗處於最小。TPIC74100-Q1 擁有一個輸入 LPM，當其在輕負載（通常小於 30mA）期間被開啟時將運行在 PFM（脈衝頻率調製）中。在大多數係統中，許多存儲器設備在點火處於“關閉”狀態時仍然需要一些功率來保留數據，通常需要不到 100uA 的電流。為了支持這種運行模式，總模耗應低於 300uA。TPIC74100-Q1 擁有 150uA（典型值）靜態電流的低功耗模式。通過開關頻率的變化完成調節。

在 PFM 模式下

，用於輸出負載的減少的負載電流量是不存在的。在這種模式下，轉換器效率更低，由於更高的負載電流，輸出電壓紋波將比 PWM 模式下稍大一些。實現低功耗模式功能，以實現降壓模式運行。在升壓模式條件下，該器件將會自動進入 PWM 模式。通過開啟低功耗模式，降壓和升壓之間的轉換還有 PWM 模式和 PFM 模式之間的轉換將同時進行。

結論

在zai許xu多duo車che載zai應ying用yong中zhong，車che載zai瞬shun態tai電dian壓ya是shi一yi個ge將jiang會hui不bu斷duan給gei設she計ji人ren員yuan帶dai來lai挑tiao戰zhan的de問wen題ti。在zai許xu多duo需xu要yao在zai這zhe些xie條tiao件jian下xia不bu斷duan保bao持chi運yun行xing的de車che載zai電dian源yuan管guan理li係xi統tong應ying用yong中zhong，或huo者zhe當dang電dian池chi電dian壓ya意yi外wai地di降jiang到dao要yao求qiu輸shu出chu電dian壓ya電dian平ping之zhi下xia時shi，降jiang壓ya－升壓轉換器將起到一個關鍵作用。TPIC74100-Q1 車載降壓/升壓轉換器將簡化車載環境中的設計
，並且使設計工程師可以節省外部組件數量和 PCB 空間（其具有功率開關和同步運行集成的特點）。TPIC74100-Q1 采用一個具有散熱焊盤的 20 引腳 PWP 封裝，其規定的工作溫度範圍為 -40℃～+125℃。