時間:2025-07-21 16:28:21來源:21ic電子網(wǎng)
汽車電子系統(tǒng)對 DC/DC 降壓變換器有著多方面的嚴格要求。首要的便是高效率,這能夠顯著延長汽車電池的使用時長,降低系統(tǒng)的功耗。因為在汽車運行過程中,諸多電子設備如車載信息娛樂系統(tǒng)、電子控制系統(tǒng)等都依賴于穩(wěn)定的電源供應,高效的 DC/DC 降壓變換器可減少電池電量的不必要損耗,優(yōu)化系統(tǒng)的能量利用。同時,高開關頻率也備受青睞,其優(yōu)勢在于能夠使用較小的功率電感和輸出濾波電容,這不僅能有效減小系統(tǒng)的體積,提升緊湊性,還能降低成本。以車載電子設備的集成化趨勢來看,更小的電源模塊體積能為其他功能模塊騰出更多空間,有利于汽車內部空間的合理布局。
不過,高開關頻率并非完美無缺,它會導致系統(tǒng)工作效率降低。這是由于隨著開關頻率升高,功率管的開關損耗急劇增加,同時電感和電容的高頻寄生效應也愈發(fā)明顯,這些因素共同作用,使得系統(tǒng)整體效率下降。因此,在設計汽車電子應用的 DC/DC 降壓變換器時,必須在開關頻率和工作效率之間進行謹慎的權衡與折衷處理。
DC/DC 降壓變換器的最高開關頻率受到諸多因素的限制,包括 DC/DC 的最高輸入電壓、最低輸出電壓以及功率管的最小開啟時間。從理論層面而言,其極限值可通過特定公式計算得出。例如,當開關管要求的最小導通時間固定時,低占空比的情況就需要更低的開關頻率來保障系統(tǒng)的安全運行。同樣,低開關頻率能夠容許更低的輸出輸入電壓比值。這背后的主要原因在于 PWM 控制器存在最小的導通時間和截止時間,如果導通時間或截止時間過短,功率管 MOSFET 將無法正常開啟或關斷,從而影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。
通常情況下,DC/DC 電源芯片的輸入電壓存在額定的工作電壓范圍。在實際應用中,最小的實際輸入工作電壓一般由最大的占空比決定,而在輸出電壓恒定的條件下,最大的實際輸入工作電壓則由 PWM 控制器的最小占空比決定。部分 DC/DC 電源芯片通過一個管腳對地接電阻的方式來設定開關工作頻率。倘若能夠在輸入電壓增加時降低開關頻率,那么就可以擴大占空比的范圍,進而在保證輸出電壓精度的前提下,擴大輸入電壓的適用范圍。但在高輸入電壓下,頻率降低會導致電感值一定時,輸出的電流和電壓紋波增加,并且頻率在較寬范圍內變化時,電感難以優(yōu)化工作,環(huán)路的補償也無法達到最佳狀態(tài)。為此,需要采取相應措施來限制頻率的變化范圍,例如增加特定的電阻和穩(wěn)壓管。然而,外接電阻的方法較為復雜,需要系統(tǒng)工程師進行細致的計算,并且容易受到寄生參數(shù)的影響。相比之下,通過內部電路檢測輸入電壓的變化,自動調整開關頻率,能夠極大地簡化應用電路設計,提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
在 DC/DC 降壓變換器的設計中,電流控制模式相較于電壓控制模式具有獨特的優(yōu)勢,因而得到了更為廣泛的應用。在電流控制模式下,DC/DC 轉換器以近乎無窮大的開環(huán)環(huán)路增益來調節(jié)輸出電流,其輸出級可近似看作一個高輸出阻抗的電流源。在電流控制模式的 DC/DC 降壓變換器中,快速高增益的電流環(huán)路與慢速的電壓控制回路相互嵌套。電感電流與斜坡補償后的鋸齒波合成的信號,會與電壓誤差信號進行比較,從而產(chǎn)生控制信號。當輸出電壓出現(xiàn)跌落時,控制功率管會迅速打開,向負載提供更多的電流,以維持輸出電壓的穩(wěn)定。這種模式將輸出轉變?yōu)楹懔髟摧敵?,使? DC/DC 的輸出級從電壓模式下的雙極點系統(tǒng)轉變?yōu)閱螛O點系統(tǒng),大大降低了補償?shù)碾y度,有效提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
振蕩器作為 DC/DC 集成電路中的關鍵組成部分,具有廣泛的用途。其產(chǎn)生的振蕩時鐘不僅為內部電路提供開關脈沖的同步信號,還能衍生出鋸齒波,供 PWM 比較器使用,是電壓模式和電流模式 DC/DC 轉換器不可或缺的基本單元。在設計振蕩器電路時,采用恒流充放電結構是一種常見且有效的方式。通過合理設置充電電流和放電電流,能夠精確控制振蕩器的時鐘頻率。當輸出輸入電壓比值低于一定值時,表明此時控制脈沖的占空比很低,效率下降。此時,低比值保護電路會發(fā)揮作用,產(chǎn)生 OSP 信號,進而降低整體電路的頻率。通過這種方式,可以提高電源的轉換精度,確保 DC/DC 降壓變換器在不同工作條件下都能保持較高的效率。
在汽車電子應用中,輸入電壓存在多種不同的電壓軌,如 12V、24V 和 36V 等。這就要求 DC/DC 降壓變換器具備良好的適應性,能夠在不同的輸入電壓條件下穩(wěn)定工作。以某款新能源汽車為例,其車載電子系統(tǒng)采用了自適應頻率調制的 DC/DC 降壓變換器,該變換器能夠根據(jù)輸入電壓的變化自動調整開關頻率,在不同的行駛工況下都能高效地為車內電子設備提供穩(wěn)定的電源。在城市擁堵路況下,汽車頻繁啟停,電池輸出電壓波動較大,此時自適應頻率調制技術使得 DC/DC 降壓變換器能夠快速響應電壓變化,保持穩(wěn)定的輸出,確保車載電腦、車燈等設備的正常運行。而在高速行駛時,電池輸出電壓相對穩(wěn)定,變換器則能以最優(yōu)的頻率和效率工作,降低功耗,延長電池續(xù)航里程。
自適應頻率調制 DC/DC 降壓變換器在汽車電子領域具有廣闊的應用前景。隨著汽車技術的持續(xù)發(fā)展,對電源管理系統(tǒng)的要求將越來越高,自適應頻率調制技術有望在更多的汽車電子設備中得到應用,進一步提升汽車的性能和可靠性。同時,相關技術的研發(fā)也將不斷深入,例如在提高變換器的功率密度、降低成本、增強抗干擾能力等方面,都有著巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>
上一篇:導致鋰電池內阻過大的原因有...
下一篇:多點觸摸感應作為電容感應的延伸
中國傳動網(wǎng)版權與免責聲明:凡本網(wǎng)注明[來源:中國傳動網(wǎng)]的所有文字、圖片、音視和視頻文件,版權均為中國傳動網(wǎng)(y3602.cn)獨家所有。如需轉載請與0755-82949061聯(lián)系。任何媒體、網(wǎng)站或個人轉載使用時須注明來源“中國傳動網(wǎng)”,違反者本網(wǎng)將追究其法律責任。
本網(wǎng)轉載并注明其他來源的稿件,均來自互聯(lián)網(wǎng)或業(yè)內投稿人士,版權屬于原版權人。轉載請保留稿件來源及作者,禁止擅自篡改,違者自負版權法律責任。
產(chǎn)品新聞
更多>2025-07-08
2025-06-30
顛覆傳統(tǒng)加工!維宏VHTube一鍵實現(xiàn)變徑...
2025-06-16
2025-06-09
2025-06-06
2025-05-26