用于車載USB供電的NCV8852（一）

1、用于車載usb供電的ncv8852（一） 一前言 在目前的車載消遣系統(tǒng)中，接口已經(jīng)成為系統(tǒng)的標(biāo)配。隨著大電池容量的便攜設(shè)備的流行，做為車載充電接口的usb電源，需要提高更大的以滿足設(shè)備的需要。目前主流計劃中，單個usb口的負(fù)載能力需要達(dá)到2.5a。車載usb系統(tǒng)的架構(gòu)為：從汽車蓄電池取電，經(jīng)過降壓后得到5v的穩(wěn)定電源，提供應(yīng)usb的vbus。汽車蓄電池的并不是一個穩(wěn)定的電壓，其變幻范圍是十分大的，以小型乘用車為例，其蓄電池電壓典型值為13v，電壓范圍為916v，在啟停等惡劣狀況下，會低至6v，甚至更低。不少整車廠對usb電源有著十分嚴(yán)苛的要求，6v電池電壓下要保證5v輸出，考慮到輸入端的反極性

2、庇護及線損，usb電源的輸入端電壓會更低。這對車載usb電源的設(shè)計是個挑戰(zhàn)。buck電路是最常用的降壓。圖1所示為非同步的buck電路。圖1.非同步buck電路結(jié)構(gòu)其工作原理為，當(dāng)上管s1開通時，電源vin向負(fù)載供電，l1儲能，電感上的電壓為vin-vo.當(dāng)上管s1關(guān)閉后，電感l(wèi)1向負(fù)載提供能量，電感上的電壓為-vo.圖二所示為電流延續(xù)模式下的buck電路的工作原理及波形。按照電感伏秒平衡可以得到(1)最后可以解出圖2.電流延續(xù)模式下的非同步buck的工作原理常用的buck電路，出于成本考慮，會選用n溝道.但是在車載usb電源的應(yīng)用中，成本較高的p溝道m(xù)osfet卻更有優(yōu)勢。按照公式2，假如需

3、要實現(xiàn)在vin=5.7v下，保證vo=5v.那么最大占空比為，88%只是抱負(fù)狀況下的理論計算值。實際中，需要考慮續(xù)流d1的壓降，開關(guān)管s1的導(dǎo)通壓降，以及電感l(wèi)1的直流阻抗的壓降，3所示。開關(guān)管閉合時，不考慮電流紋波，電感上的電壓為：(3)其中，io為輸出電流，rdson為上管mosfet的導(dǎo)通，dcr為電感的直流阻抗。開關(guān)管管斷開時，不考慮電流紋波，電感上的電壓為：(4)vd為二極管的正向壓降圖3.考慮寄生參數(shù)的非同步buck電路工作原理按照電感的伏秒平衡，可以得到實際的占空比為：(5)取vin=5.7v，vo=5v，io=2a，vd=0.3v， rdson=50m?， dcr=70m?，可

4、以計算所需要的占空比為：假如挑選n溝道m(xù)osfet做為開關(guān)s1，驅(qū)動電壓要高于vin，需要用自舉電路，通過每個周期對自舉充電來驅(qū)動nmos，這種驅(qū)動結(jié)構(gòu)在如此大的占空比的應(yīng)用中問題無數(shù)。而采納p溝道m(xù)osfet，通?？梢宰龅?00%的占空比，即常開。在常開的狀況下，我們可以得到：(6)取vo=5v，io=2a，vd=0.3v， rdson=50m?， dcr=70m?，可以得到該狀況下，輸入電壓最低可為：二?；趎cv8852的車載usb電源設(shè)計ncv8852是一款外接p溝道m(xù)osfet的非同步buck控制器。輸入電壓可高達(dá)44v，適用于12v蓄電池系統(tǒng)。采納峰值電流控制，系統(tǒng)易于穩(wěn)定，響應(yīng)快

5、?？赏ㄟ^在rosc管腳外接電阻將工作頻率設(shè)定在100khz到500khz.圖4為ncv8852的典型應(yīng)用電路。isns管腳檢測上管電流，用于峰值電流控制以及過流庇護。comp管腳為誤差的輸出，外接rc電路以補償環(huán)路。圖4. ncv8852的典型應(yīng)用電路用ncv8852設(shè)計usb電源，輸入電壓范圍vin=5.716v，典型值vin_typ=12v，輸出電壓vo =5v，輸出電流io=2.5a，工作頻率fs=170khz. buck電路工作的最惡劣條件為輸入電壓最高時，此時其電流紋波最大，峰值電流最高。1.設(shè)定工作頻率ncv8852的工作頻率，可按照如下公式設(shè)定：(7)當(dāng)設(shè)置為170khz時，將r

6、osc開路即可。2.占空比最高工作電壓下，占空比最小為：3.挑選電感電感主要有紋波電流i打算。通常將i設(shè)定為典型輸入電壓下，最大輸出電流的30%50%，這里取為30%.考慮30%的裕量，選取電感的直流電流大于3.2a，飽和電流大于3.9a.選取wurth電感744770122，感值22uh，直流電阻45m?，最大直流電流4.1a，最大飽和電流5a. 4.選取電流檢測電阻(11)vcl：過流門限電壓，為100mv.icl：過流庇護電流值，設(shè)定限流值為最大峰值電流的1.31.5倍。選取25m?采樣電阻，過流庇護值設(shè)為4a. 5. mosfet挑選mosfet承受的最高電壓為vinmax ，考慮到拋

7、負(fù)載庇護，選取耐壓40v以上的mos.mosfet的損耗，可由以下公式估算，導(dǎo)通損耗：ton， toff為mosfet開通和關(guān)斷時光。isink：為驅(qū)動下拉電流，ncv8852的驅(qū)動下拉電流典型值為200ma.isrc：為驅(qū)動的輸出電流，ncv8852的驅(qū)動輸出電流典型值為200ma選取onsemi的nvtfs5116pl，耐壓60v，導(dǎo)通電阻rdson=52m?vgs=10v， qgd=8nc，封裝u8fl，參考熱阻(芯片結(jié)溫到環(huán)境溫度)47oc/w.由qgd可先計算出mosfet的開通關(guān)斷時光為：計算mosfet功耗：在最高輸入電壓下ta_max為最大環(huán)境溫度，車載usb電源普通要求為85oc.150oc為最大結(jié)溫。在最低輸入電壓下mosfet的結(jié)溫為6.續(xù)流二極管的挑選續(xù)流二極管上的最大反向壓降為vinmax ，流過二極管的最大峰值電流為2.96a，流過二極管的最大平均電流為(18)建議二極管正向電流為流過二級管的平均電流的1.5倍。這