预升压参考设计，解决冷启动瞬变的简单解决方案

1.概述

1.1 描述

汽车制造商希望在越来越多的新车型中配备启停功能。但是，这给汽车电子设计带来了挑战，因为在寒冷的天气条件下启动发动机会使电池电压降低至 3V。这就是所谓的“冷启动”。”

大部分 12V 汽车系统的功率级由一个降压变换器组成，该变换器通常将输出电压调节至 5V 或 3.3V。即使该调节器以低压差模式开始工作，大多数电路也会受到输入电压跌落的影响，并且可能会停止工作。电子控制单元（ECU）始终在 12V 标称电池电压下启动，并且启动之后会发生冷启动瞬变。使用预升压解决方案可以解决此问题。

预升压电路包含一个升压变换器，它串联在降压变换器之前，当降压变换器的电压降到某个阈值以下时，升压变换器可以升高该电压。这样，降压变换器就可以具有稳定的输入电压，并将其输出正确调节至恒定水平，不会受 12V 线束中瞬变的影响。升压变换器的偏置电压由主降压变换器提供，从而可以将系统的工作输入电压扩展到 2V 甚至更低。

该参考设计可以帮助工程师实现 18W 电源的预升压设计。

1.2 特性

● 宽工作输入电压范围

● 最低3.5A 连续输出电流

● 350kHz 至 2.5MHz 可编程开关频率

● 低压差模式

● 带谷值电流检测的过流保护（OCP）和打嗝保护模式

● 采用侧面镀锡封装

● 效率高达 92%

● 反极性保护

● 二阶 EMI 滤波器

● 符合 AEC-Q100 1 级认证

● 符合 CISPR25 等级 5 EMC 标准

图 1：MPS 预升压参考设计板

1.3 应用

● 汽车娱乐影音系统

● 汽车安全与 ADAS

2 参考设计

2.1 功能框图

图 2: 功能框图"

L1 和 C1 除了作为预升压变换器的一部分，还用作抑制传导 EMI 的输入滤波器。D1 用于保护降压变换器 IC 免受反极性连接影响。如果没有提供其他反极性连接保护，可以使用 D2 来保护升压 IC。

2.2 相关解决方案

该参考设计基于以下 MPS 解决方案：

表 1：系统规格

2.3 系统规格

表 2：系统规格

表 3：电池电压瞬变与输出电流的关系

3 测试结果

3.1 效率

测试条件为：VBATT12V, VSYS5V, LBOOST2.2µH, LBUCK4.7µH, TA25°C, 除非另有注明。 采用输入滤波器、保护二极管和预升压解决方案。

图 9：效率对比负载电流- AAM 模式

图 10：效率对比负载电流 - CCM 模式

图 11：冷启动瞬变电压（100ms/div）

3.2 EMC 测量结果

VBATT12V, VSYS3.3V, LBUCK4.7μH, COUT44μF, fSW = 400kHz, TA = 25°C.

150kHz 至 108MHz

图 2115：CISPR25 等级 5 传导发射

150kHz 至 30MHz

图 2216：CISPR25 等级 5 辐射发射

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