LTC3789的多功能車載電源模塊設計

1、【Word版本下載可任意編輯】 LTC3789的多功能車載電源模塊設計 1、車載電源模塊的應用要求和技術指標 1.1、電源模塊的技術指標 根據(jù)GB/T28046道路車輛電氣及電子設備的環(huán)境條件和試驗標準和IS07637浪涌標準，車載電源模塊要具備如下功能：抵御87V和174V4歐姆350ms浪涌，具備防反接功能。同時為了兼容12V和24V車載電源、應付電瓶饋電情況、并保護負載，該電源模塊增加了輸出過流保護功能，輸入電壓范圍6.0V-38.0V，輸出可調電壓范圍5V-24V，負載50W，幾乎滿足所有直流供電的車載電子設備的需求。 2、車載電源模塊的電路原理 2.1、防浪涌 圖1為典型的汽車啟動時

2、的電壓變化瞬態(tài)圖，它反映出車載電源在車輛啟動時非常不穩(wěn)定，會出現(xiàn)6.0V低壓、浪涌、饋電反向尖峰等情況。具體的量化指標圖下列圖所示。 圖1 典型的車載電源瞬態(tài)變化圖 圖2 車載電源浪涌波形 表1 12V與24V車載浪涌指標表 為了抵御浪涌對電源模塊的損害，常采用TVS管消除浪涌尖峰的做法。合適的TVS管可以到達消除有害尖峰的目的。 圖3 浪涌抑制示意圖 2.2、防反接 汽車電源電路，必須做防反接保護，預防輸入端接錯正負極導致電池短路，甚至會燒毀電源、起火。簡單的防反接方法是串聯(lián)一個二極管，但是二極管先天的壓降0.3V-0.7V，會造成過多的不必要損耗，當負載為2A時，二極管自身損耗就會到達1W

3、左右。 既要滿足IS07637一標準對車載電源的防反接要求，又要降低能量的損耗，使用MOS管成為一種很好的選擇。 圖4 防反接典型電路示意圖 2.3、升降壓和限流保護 直流電源電壓變換，主要分為DC-DC變換即開關電源變換、充電泵式電源變換和LDO直流穩(wěn)壓變換。LDO完全以后穩(wěn)壓芯片的自身消耗來降低輸出電壓，無法做升壓變換，而且因為自身損耗較大，不合適輸入和輸出壓差較大的情況;充電泵式電源變換是依靠電容的充放電來實現(xiàn)電壓變換，但是輸入電壓范圍較小，輸出電流也非常有限;DC-DC變換是比較適合的選擇。 DC-DC的三種拓撲構造： （1）Buck電路一一降壓斬波器，其輸出平均電壓UO小于輸入電壓U

4、i，極性相同。 （2）Boost電路一一升壓斬波器，其輸出平均電壓UO大于輸入電壓Ui，極性相同。 （3）Buck-Boost電路一一降壓或升壓斬波器，其輸出平均電壓UO大于或小于輸入電壓Ui，極性相反，電感傳輸。 Buck變換：降壓式變換，輸出電壓低于輸入電壓。 Boost變換：升壓式變換，輸出電壓高于輸入電壓。 圖7 Buck-Boost電路示意圖 Buck-Boost變換：升一降壓式變換 任何一種電源都有可能出現(xiàn)故障，導致負載短路，電源因為過大的負載電流而損壞。為了防止這種毀滅性的故障，常采用負載輸出端串聯(lián)保險管的方法。不過這種方案需要將保險管燒壞，重新更換新的保險管才能修復，比較麻煩，

5、尤其是使用過程中不方便打開電路的外殼。 3、模塊的硬件設計 該多功能車載電源模塊的硬件組成分為防反接模塊、防浪涌模塊、電源變換模塊、限流保護模塊，如框圖所示。 3.1、防反接功能 該模塊選擇P-MOS管和齊納二極管搭建的防反接電路。P-MOS管選用SI7461DP，工作溫度滿足一550C1500C的P-Channel60-V（D-S）MOSFET，其性能參數(shù)如下表所示。 表2 SI7461DP基本參數(shù)表 齊納二極管采用仙童公司的工N5259是Vz=39V，Tc=0.094%/0C，工作溫度滿足一650C“2000C。 當輸入電壓為正時，Vgs0，P-MOS打開，而且IN5929起到保護SI74

6、61DP的作用。 3.2、升降壓功能和限流功能 該模塊的升降壓電源轉換功能采用凌特電子的LTC3789芯片，是新研發(fā)出的高效率高性能升降壓式開關穩(wěn)壓控制器，其輸入電壓可以從4V38V，輸出電壓可以高于輸入電壓，可以低于輸入電壓為0.8V38V，工作頻率恒定，可達600KHz（200600KHz）。為電流模式工作。輸出電流反應環(huán)提供對電池充電的支持，滿足輸入輸出4V38V的寬范圍，而且輸出電流可以到達5A。在工作區(qū)域有很低的噪聲，LTC3789系目前理想的可升降壓的電池供電系統(tǒng)應用IC。 該電路通過調節(jié)VFB所連接的電阻，即可改變Vout的值。 圖12 LTC3789電源轉換電路 vout=0.

7、8V.（1+R2/R1）（1） LTC3789具備輸入電流和輸出電流限流保護功能，以保護輸入電源和芯片自身，電路如下列圖所示。 Rsense=90mV/Iout（max）（2） 因此，如果要限制輸出電流為4.5A，則Rsense=20m歐 4、輸出效率和紋波 該電源模塊寬輸入電壓范圍6V38V，寬輸出電壓范圍5V24V，作為使用Buck-Boost拓撲效率非常高的LTC3789芯片搭建的電源轉換電路，其輸出效率和紋波指數(shù)都是技術指標，輸出電壓為12.0V，負載為50W的10歐姆功率電阻時，實測結果如下表。 從表5中的實驗數(shù)據(jù)可以看出，該模塊效率在Boost模式為89.72%，而Buck模式也到達了95.14%，綜合來看轉換效率非常高。而紋波始終控制在250mV以內，足以滿足車載電源的需求。 5、總結 綜上所述，本文所設計的車載電源模塊具有防浪涌、防