MPQ3426 - 预升压参考设计，解决冷启动瞬变的简单解决方案
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1.概述
1.1 描述
汽车制造商希望在越来越多的新车型中配备启停功能。但是，这给汽车电子设计带来了挑战，因为在寒冷的天气条件下启动发动机会使电池电压降低至 3V。这就是所谓的“冷启动”。”
大部分 12V 汽车系统的功率级由一个降压变换器组成，该变换器通常将输出电压调节至 5V 或 3.3V。即使该调节器以低压差模式开始工作，大多数电路也会受到输入电压跌落的影响，并且可能会停止工作。电子控制单元（ECU）始终在 12V 标称电池电压下启动，并且启动之后会发生冷启动瞬变。使用预升压解决方案可以解决此问题。
预升压电路包含一个升压变换器，它串联在降压变换器之前，当降压变换器的电压降到某个阈值以下时，升压变换器可以升高该电压。这样，降压变换器就可以具有稳定的输入电压，并将其输出正确调节至恒定水平，不会受 12V 线束中瞬变的影响。升压变换器的偏置电压由主降压变换器提供，从而可以将系统的工作输入电压扩展到 2V 甚至更低。
该参考设计可以帮助工程师实现 18W 电源的预升压设计。
1.2 特性
- 宽工作输入电压范围
- 最低3.5A 连续输出电流
- 350kHz 至 2.5MHz 可编程开关频率
- 低压差模式
- 带谷值电流检测的过流保护（OCP）和打嗝保护模式
- 采用侧面镀锡封装
- 效率高达 92%
- 反极性保护
- 二阶 EMI 滤波器
- 符合 AEC-Q100 1 级认证
- 符合 CISPR25 等级 5 EMC 标准
图 1：MPS 预升压参考设计板
1.3 应用
- 汽车娱乐影音系统
- 汽车安全与 ADAS
2 参考设计
2.1 功能框图
图 2: 功能框图"
L1 和 C1 除了作为预升压变换器的一部分，还用作抑制传导 EMI 的输入滤波器。D1 用于保护降压变换器 IC 免受反极性连接影响。如果没有提供其他反极性连接保护，可以使用 D2 来保护升压 IC。
2.2 相关解决方案
该参考设计基于以下 MPS 解决方案：
| MPS 集成电路 | 描述 |
| MPQ3426 | 具有 6A 开关电流和 3.2V 偏置电压的异步升压变换器 |
| MPQ4430 | 可提供 3.5A 电流的 36V 同步降压变换器 |
表 1：系统规格
2.3 系统规格
| 参数 | 规格 |
| 工作输入电压 | <2VDC 至 36VDC |
| 启动输入电压 | 5VDC 至 36VDC |
| 输出电压 | 5VDC |
| 最大输出电流 | 3.5A（输出为 5V 时） |
| 开关频率 | 400kHz |
| 板尺寸 | 90mmx90mmx10mm |
| 效率 | >85% |
| 12V 输出纹波 | 15mV |
表 2：系统规格
| 冷启动期间的最低电池电压 | 5V 输出电压时的最大输出电流 |
| 1.5V | 0.9A |
| 2.0V | 1.2A |
| 2.5V | 1.6A |
| 3.0V | 2.1A |
| 3.5V | 2.8A |
| 4.0V | 3.3A |
| 4.2V | 3.5A |
表 3：电池电压瞬变与输出电流的关系
3 测试结果
3.1 效率
测试条件为：VBATT = 12V, VSYS = 5V, LBOOST = 2.2µH, LBUCK = 4.7µH, TA = 25°C, 除非另有注明。
采用输入滤波器、保护二极管和预升压解决方案。
图 9：效率对比负载电流- AAM 模式
图 10：效率对比负载电流 - CCM 模式
ISYS = 2A, AAM mode
图 11：冷启动瞬变电压（100ms/div）
3.2 EMC 测量结果
VBATT = 12V, VSYS = 3.3V, LBUCK = 4.7μH, COUT= 44μF, fSW = 400kHz, TA = 25°C.
150kHz 至 108MHz
图 2115：CISPR25 等级 5 传导发射
150kHz 至 30MHz
图 2216：CISPR25 等级 5 辐射发射
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