2.7V 至 40V 单片降压-升压型 DC/DC 转换器增强了输入功能 在汽车冷车发动和负载突降瞬态时能无缝地稳定电压

过渡汽车负载突降和感应电压瞬态

对于常用电源而言，汽车电源轨是对电源最具挑战性的输入之一。其标称电压在 10.6V 至 15V 范围内变化，取决于电池充电状态、环境温度以及交流发电机是处于充电还是空闲状态。除了标称电压的变化，汽车电源轨还受到多种动态干扰，这些干扰由以下因素的变化引起：发动机 RPM;电动车窗、挡风玻璃刮水器、空调等过渡负载;束线配线中的感应瞬态。

不过，最极端的情况发生在负载突降瞬态时，这种瞬态可能产生超过 120V、持续数百微秒的电压。当交流发电机给汽车电池充电且电气开路引起电池与交流发电机短暂断接时，就会发生负载突降瞬态。在稳压器响应之前，交流发电机的全部充电电流都直接加在了汽车电源总线上，从而有可能将其电压提高到很危险的水平。这类瞬态可能由机械师修理车辆时从物理上断开电池连接引起，也有可能由电池电缆中错误的连接或电池端子腐蚀导致。

汽车电子系统还必须设计成能承受双电池猛然起动情况，在这种情况下，当用串联连接的第二个电池或具备双电池电气系统的商用车辆猛然启动汽车时，汽车电子系统要在较长时间内承受 24V 电压。汽车总线上的另一种过压情况是由交流发电机稳压器故障引起的，在汽车电子系统 OEM 进行的电池测试中，常常包括对这种过压情况的测试。这种故障可能导致交流发电机的充电电流全部加到电池上，并产生大约为 18V 并持续较长时间的过高电压。

切换大功率负载会引起负载快速变化，汽车电源轨还会受到这种变化导致和持续时间很短的过压瞬态影响，这类大功率负载包括与汽车束线配线中很大的电感相互作用的电动车门、风扇以及冷却风扇电动机。

在大多数汽车中，由低通 LC 滤波器和瞬态电压抑制 (TVS) 阵列组成的无源保护网络被用作第一道防线，以箝制电源总线的峰值摆幅。一般情况下，位于保护网络下游的汽车电子系统必须承受高达 40V 的瞬态电压而不被损坏。关键系统不仅必须承受而且还必须在通过这类瞬态时无缝地工作，并且无中断。图 4 说明，LTC3115-1 能保持 5V 电源轨的不间断调节，以 1ms 上升和下降时间通过 13.8V 至 40V 短暂电压瞬态。

图 4：13.8V 至 40V 负载突降电压瞬态

10V/DIV：每格 10V

在汽车冷车发动瞬态时无缝工作

高压瞬态在汽车电源总线上是个问题，但是也许更具挑战性的问题是欠压瞬态。最严重的欠压瞬态是由冷车发动引起的，最初启动发动机时，会发生冷车发动情况。

典型的冷车发动电压波形如图 5 所示。最初的稳定低压是最极端的情况，当发动机启动器开始转动完全停止的发动机时，就会引起这种情况。在这个阶段，汽车的总线电压可能降至低于 4V。更冷的温度会使情况恶化，因为机油粘性越大，要求发动机启动器提供的扭矩就越大。第一个稳定期之后，是第二个电压稍高一点的稳定期。在启动器保持发动机转动的同时，第二个稳定电压一般接近标称电池电压的一半。一旦发动机启动完毕，电池就恢复到标称电压。

图 5：12V 至 4.5V 冷车发动电压瞬态

在发生冷车发动瞬态时，安全装置以及发动机的关键组件 (例如: 发动机控制单元、燃料注入系统等) 都要从始至终保持运行。如图 5 所示，在发生欠压情况时，自动和无缝地切换到升压工作模式，LTC3115-1 的降压-升压型架构使该器件能保持输出稳压，因而可通过即使最严重的冷车发动瞬态。

由于当今的汽车包括了自动化节油、按需引擎起/停 (当车辆遭遇红灯或在车流中短暂停驶时，汽车的引擎被关闭) 等功能，因此冷车发动能力对于汽车电子而言其重要性有所增加。配备按需起动功能的汽车容易遇到频繁的欠压发动过程。因此，以前在传统汽车偶尔的冷车发动过程中无需运行的辅助电气组件，如今也必须在此类瞬变期间运作，以消除其对信息娱乐、导航、仪表板电子装置和照明系统的任何干扰。