高频汽车电源设计

图1. 周期性的开关操作会产生周期性的负脉冲，幅度在(80V至-150V，持续时间1ms至140ms，典型源阻抗为5Ω至25Ω。

图2. 周期性的开关操作使电路产生正向脉冲电压，幅度在+75V至+150V，典型持续时间50μs。典型源阻抗为2Ω至10Ω。

图3. 周期性开关操作在电路中产生-150V、100ns的负脉冲(3a)和100V、100ns的正脉冲(3b)，源阻抗典型值为50Ω。

图4. 交流电机以大电流给放电电池充电时突然中断，将会产生一个甩负载脉冲。电流突降会在电机输出端产生一个高压，以保持系统内部的总能量。瞬态持续过程取决于电机励磁电路的时间常数和调节器的响应时间。

表1. 来自不同OEM的传导抑制测试*

　　如上所述，电池电压不能直接供给低电压、高性能开关转换器，而是将电池连接到瞬态电压抑制起，如MOV或旁路电容及其后续的传统限幅电路。这些简单电路一般采用p沟道MOSFET构成(图5a)。p沟道MOSFET的额定电压为50V至100V，具体取决于VBAT输入端的瞬态电压。

　　利用12V齐纳二极管(Z1)保护MOSFET的栅-源极，防止栅-源电压超过VGSMAX, 当输入电压(VBAT)低于齐纳管Z2的击穿电压时，MOSFET处于饱和状态。输入电压发生瞬变时，MOSFET将阻止高于Z2击穿电压的电压通过。这个电路的缺点是使用了一个昂贵的p沟道MOSFET和许多外围元件。

图5a. 输入限幅电路(保护电路)采用了一个p沟道MOSFET。

　　另一方案是使用NPN晶体管，NPN管的基极电压嵌位在VZ3, 将发射极电压调整在(VZ3 - VBE)。这个方案成本较低，但VBE压降产生一定的损耗：PLOSS = IIN x VBE。另外，VBE压降也增加对电池最小工作电压的要求，尤其是在冷启动情况(图5b)。第三个方案是使用n沟道MOSFET，n沟道MOSFET的选择范围较广，而且便宜，可以作为隔离元件使用。其栅极驱动比较复杂，要求VG高于源极电压。

图5b. 输入限幅电路(保护电路)采用了一个NPN晶体管。

图5c. 输入限幅电路(保护电路)采用了一个n沟道MOSFET。

　　图5c给出了一个使用n沟道MOSFET开关的隔离电路，甩负载情况下，当VBAT电压超过设置门限时，MOSFET完全关闭。随后，只要VBAT电压高于设置门限，MOSFET将一直保持关闭状态。过压保护控制器MAX6398可以汽车过压(如甩负载或双电池供电)时，控制n沟道MOSFET，保护高性能电源，图6给出了方案的原理框图。图7至图9给出了实验室和实际工作环境下的噪声抑制测试结果，所采用的是n沟道MOSFET瞬态保护电路。

图 6. MAX5073 2MHz buck转换器配合MAX6398保护开关的典型电路，该设计具有高性能以及较高的抗干扰能力。

图7. MAX5073双buck转换器的输入纹波、开关波形测试结果，转换器分别工作在2.2MHz开关频率，输入电容纹波的的频率为4.4MHz (CH1 = 第2路时钟源; CH2 = 第1路时钟源; CH3 = 输入电容纹波; CH4 = 时钟输出)。

　　图8A和8B. 脉冲(80V，120ms，OEM#5)作用在保护器的输入， MAX5073连接在保护器的输出，监测转换器的第1路和第2路输出。

　　图中波形为图6所示保护器输出和两路转换器输出的响应特性，时间刻度分别为1s/cm (A)和1ms/cm (B)。(CH1 = VBAT; CH2 = VPROT; CH3 = 第1路输出; CH4 = 第2路输出)

　　图9A和图9B. 脉冲(70V，500ms)作用在图6所示保护开关的输入，MAX5073连接到保护器的输出，监测转换器的第1路输出和第2路输出。

　　图中波形为保护器输出和两路转换器输出的响应特性，时间刻度分别为1s/cm (A)和200μs/cm (B)。(CH1 = VBAT; CH2 = VPROT; CH3 = 第1路输出; CH4 = 第2路输出)

　　如图9所述，MAX6398功能模块完全支持汽车应用中的甩负载设计，提供低电压、高性能输。利用保护电路、低电压、高频工作特性可有效节省电路板空间，降低成本。