汽車制造商們希望在越來越多的新車型中配備自動啟停功能。但是，該功能對汽車電子設(shè)計提出了挑戰(zhàn)，因為在寒冷的天氣中啟動電機會使電池電壓降至3V，這被稱為“冷啟動（Cold Crank）”。

大多數(shù)12V汽車系統(tǒng)的功率級都由一個降壓變換器組成，這個變換器通常將輸出電壓調(diào)節(jié)至5V或3.3V。即使調(diào)節(jié)器以低壓差模式開始工作，大多數(shù)電路也會受到輸入電壓跌落的影響，并且可能會停止工作。

本文以典型的5V，5W至15W電源為例，討論預(yù)升壓如何完美地解決該問題。

預(yù)升壓的實現(xiàn)方式

在這個示例中，我們的目標是，不管輸入電壓如何變化，都將功率級的輸出電壓保持在恒定水平。此同時要記住，冷啟動只會在總工作時長的很小一段時間內(nèi)影響系統(tǒng)，這意味著好的解決方案需要綜合考慮成本，效率和EMI。

預(yù)升壓電路是個升壓變換器，它串聯(lián)在降壓變換器之前。顧名思義，當降壓變換器的輸入電壓降低到設(shè)定值以下，預(yù)升壓電路工作，將其輸入電壓維持在設(shè)定值。這樣，降壓變換器就可以具有穩(wěn)定的輸入電壓，并可以將其輸出正確地調(diào)節(jié)到恒定的水平，而與電池電壓的瞬變無關(guān)。?圖1?顯示出，帶預(yù)升壓時，系統(tǒng)的輸出電壓不受輸入軌擾動的影響。

這種設(shè)計的優(yōu)點在于，在汽車應(yīng)用中會使用的輸入差模濾波電感和防反二極管可以復(fù)用作預(yù)升壓電路的功率電感和續(xù)流二極管，這樣無需增加額外的元件和電路板空間，有助于節(jié)省成本，同時也不影響效率和EMI性能。?

圖2?顯示了典型的降壓變換器電路。在此電路中，D1二極管用于保護系統(tǒng)免受反極性電池連接的影響。C1、C2和L1形成用于抑制傳導(dǎo)EMI的π（pi）型濾波器。C3是濾波器和變換器之間的阻尼電容器。 C4、C5、L2和降壓IC構(gòu)成降壓變換器本身。

重新布置一些組件，并添加一個異步升壓變換器和一個保護二極管，就可以很容易地實現(xiàn)預(yù)升壓。(請參見圖3)。

在這個配置中，D1用作升壓變換器中的續(xù)流二極管，而L1為升壓電感器。C1和C2分別是其輸入和輸出電容器，而C3充當緩沖器，在冷啟動條件下當升壓器開始工作時，可用于短暫時間內(nèi)保持電壓。增加D2是為了保護升壓IC不受電池反極性連接的影響；而且它僅在冷啟動期間導(dǎo)通，因而不會影響效率。極性保護和濾波能力也得以保持。

MPS的?MPQ3426是一款符合AEC-Q100標準的45V/6A異步升壓變換器，可在低至3.2V的輸入電壓下工作。該器件采用小尺寸3mm x 4mm QFN封裝，具有很少的外部組件要求，可以輕松實現(xiàn)預(yù)升壓，同時將成本和性能影響降至很低。

MPQ3426的VIN引腳是內(nèi)部電路的偏置電源，應(yīng)連接至降壓變換器的輸出軌。 這樣可減少內(nèi)部LDO損耗，使升壓IC的偏置電源獨立于系統(tǒng)輸入電壓，并將預(yù)升壓的工作電壓范圍擴展至45V。

另一方面，由于系統(tǒng)始終以大約12V的電池電壓啟動，降壓變換器得以啟動并為預(yù)升壓電路供電，從而確保輸入電壓始終高于3.2V，并在汽車冷啟動期間提高其輸出功率。預(yù)升壓電路可調(diào)節(jié)的最低輸入瞬態(tài)電壓受到升壓IC開關(guān)電流限值的限制。

將預(yù)升壓的輸出電壓設(shè)置在7.5V至9.5V之間，可確保預(yù)升壓不會在正常情況下開始切換，但在冷啟動時將快速響應(yīng)。 由于預(yù)升壓在正常條件下不會切換，因此不會產(chǎn)生任何損耗，也不會產(chǎn)生EMI。通過演示板配合以MPS的AEC-Q100標準MPQ4430?系列36V同步降壓變換器，這種預(yù)升壓設(shè)計已得到驗證（見圖4）。

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