瞬態(tài)最大峰值輸入電壓 - 汽車電子降壓型BUCK變換器設計關鍵及注意事項

　　2 瞬態(tài)最大峰值輸入電壓

　　隨著電池供電設備越來越多進入移動應用領域，人們使用汽車的點煙器接通電源以使電池組在汽車行駛期間儲存電能甚至再充電。但接通前，注意：在接通到極惡劣的電源上，汽車內(nèi)的主電源電纜產(chǎn)生一些潛在的瞬變，包括負載突降及電壓電壓倍增。負載突降是電池電纜松動的結(jié)果。當電纜連接中斷時，交流發(fā)電機中的磁場會會產(chǎn)生一個高達60V 的正尖峰電壓，它能在幾百毫秒中衰變。電池電壓倍增是24V跳躍式起動時性能比12V 更快讓冷車發(fā)動的結(jié)果。

　　圖2 是保護DCDC 轉(zhuǎn)換器不受汽車電源線損壞的最簡單直接的方法。

　　瞬態(tài)抑制器在負載突降期間對輸入電壓進行箝位。注意：瞬態(tài)抑制器不應在雙倍電池電壓操作時導通，但仍必須將輸入電壓箝位在轉(zhuǎn)換器的擊穿電壓之下。

　　圖2：輸入TVS 保護電路

　　陶瓷電容的尺寸小，阻抗低，工作的溫度范圍寬，很適合應用汽車電子中BUCK 變換器的輸入端旁路電容。但是在BUCK 變換器的輸入端插入工作的電源時，即熱插入，如汽車的點煙器，這些陶瓷電容會產(chǎn)生應用的問題：低損耗的陶瓷電容與連接線的雜散電感由低阻抗的電源形成欠阻尼諧振環(huán)，產(chǎn)生振蕩，在BUCK 變換器的輸入端產(chǎn)生二倍的輸入電源電壓的尖峰，從而超過BUCK 變換器的輸入端允許的額定電壓，損壞器件。在這種工作條件下，必須設計輸入的吸收網(wǎng)絡阻止輸入電壓的過沖尖峰。下面的的波形展示了BUCK 變換器由一根6 英尺的雙絞線連接到24V 電源時的波形。圖3 是輸入僅加4.7uF 陶瓷電容的響應。輸入電壓的振鈴的峰值為50V，輸入電流的峰值為26A。

　　圖3：輸入僅加4.7uF陶瓷電容的響應

　　使用阻尼振蕩可以降低峰值的電壓，形成阻尼振蕩有二個方法：①輸入的陶瓷電容增加一個串聯(lián)電阻；②使用電解電容。鋁電解電容有高的ESR，可以形成阻尼，減小振蕩的過沖；其電容可以濾除低頻的紋波，此外，對系統(tǒng)的效率稍有提高。只是其體積相對較大。圖4為一個22uF的電解電容和一個4.7uF的陶瓷電容并聯(lián)加在輸入端時的響應，陶瓷電容濾除高頻紋波。輸入電壓的峰值明顯降低。

　　圖4：輸入為22uF電解電容并聯(lián)4.7uF陶瓷電容的響應

　　在輸入端加一個0.7歐姆的串聯(lián)電阻也可以減小電壓過沖，同時減小峰值的電流，0.1uF小的陶瓷電容濾除高頻紋波。如圖5（a）所示。

　　與電解電容方法相比，這種方法體積小成本低，在高的輸入電壓時對系統(tǒng)的效率影響并不大。但輸入電壓相對較低時，系統(tǒng)的效率略有降低。

　　（a）

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　　圖5：輸入加串聯(lián)電阻的響應