當遇到紅燈或堵車時,駕駛員會放慢車速甚至熄火,當重新上路時,起動機會快速啟動發動機,這就是“怠速啟停”的過程。這項技術具有幾大優勢:第一,消除怠速空轉,省下怠速時間內消耗的油料,可以節能;第二,發動機自動熄火后,尾氣排放為零,非常環保;第三,提高發動機動力輸出,延長發動機壽命。因此,近些年配備怠速啟停控制系統的車輛在逐年增加。
但是在怠速啟停時,車輛會在瞬間承受較大負載,因此進入電池電壓下降的啟動狀態,一般采用降壓型DC/DC轉換器,當電壓降低到車載ECU的正常工作電壓后會造成ECU停止,從而導致儀表盤停止,這給車輛行駛帶來巨大的安全風險。為了向ECU供應穩定的電源,需要采用升降壓轉換器,其優點是不管電池電壓高于還是低于ECU所需要的供電電壓,升降壓DC/DC轉換器都可以輸出一個比較穩定的供電電壓,來保證ECU可以正常工作。對比降壓型轉換器,以前升降壓型轉換器相應性能較差,輸出需要大容量電容器,且控制復雜。為了解決這個問題,ROHM公司研發了升降壓控制技術‘Quick Buck Booster’,并推出了升降壓電源芯片組。”
“Quick Buck Booster”技術的神奇之處
“Quick Buck Booster”技術是一個新概念的升降壓控制技術,是ROHM實現降壓電源和升降壓電源一體化設計的關鍵。其控制方式跟傳統的升降壓型的轉換器不同,它可以實現和降壓型轉換器同等效率的性能,也就是采用該技術的升壓降壓型轉換器可以實現與降壓型轉換器同等的性能,但是比傳統的升降壓型轉換器的輸出容值降低50%以上;另外,采用該技術的產品能夠輕松實現降壓功能和升降壓功能的通用設計,因此當工程師進行電源電路整體設計時,可以把設計周期縮短一半以上。
如上圖對比,兩者的電路結構拓撲結構一樣,左邊是一個降壓電路,右邊是一個升壓電路,兩者結合起來就是一個升降壓電路。兩者的主要區別在于控制方式不同,傳統的降壓回路的控制方式是對降壓功能和升壓部分進行分別控制,也就是降壓部分和升壓部分需要分別進行占空比控制,所以相當于是兩個大腦進行協商,這難免會造成整個系統控制結構比較復雜,整個環路的響應特性比較差。
ROHM針對這個復雜的控制結構進行了改善,“Quick Buck Booster”升降壓技術實際上是將升壓側的占空比設定為一個固定的輸出,也就是無論這個回路的輸出輸入怎樣變化,升降側的占空比都是固定的,因為它具有相同的占空比,那么對于環路整體的控制是靠降低部分來進行整體控制的,也就是降壓側的IC通過采集輸出電流的變化,或者是輸出電壓的波動,來對環路進行整體的補償控制,相當于是使用一個大腦來控制整個系統,這樣整個控制系統就變得比較簡單,整體系統的響應性會更好。
采用升降壓電源芯片組,PCB簡化得以簡化,功耗大幅度降低
采用Quick Buck Booster技術的升降壓電源芯片組
在汽車設計中,廠商最看重的是什么?低功耗和小尺寸最重要,這樣不僅可以滿足節能環保的要求,而且可以PCB所占用的空間。ROHM推出的這個芯片組完全吻合這兩點需求。該芯片組由兩部分組成:具有升壓功能的降壓DC/DC轉換器“BD8P250MUF-C”和升壓專用IC“BD90302NUF-C”組成。核心器件是“BD8P250MUF-C”,其采用了“Quick Buck Booster”技術,僅需在后端追加“BD90302NUF-C”,即可在不損害降壓電源在性能方面的特性優勢的情況下成功構建升降壓電源。
如上圖所示, ROHM半導體(北京)有限公司設計中心工控FAE工程師吳波介紹,“傳統的升降壓轉換器為了輸出側電壓的穩定,一般要采用100μf以上的穩壓電容才可以,作為升降壓電源,可實現業界最優異的無負載時消耗電流8?A,并以44?F輸出電容容量實現輸出電壓波動僅±100mV的穩定工作,消耗電流比普通產品低70%,輸出電容容量減少50%,這個實際上就大大節約了系統的整體設計成本。”
采用“Quick Buck Booster”技術可以在同一塊PCB板上實現降壓功能和升降壓功能切換。吳波也特別強調,“對于那些沒有搭載自動啟停功能的車輛,只采用降壓型DC/DC控制器就可以滿足ECU的供電要求。我們如果針對不同的車型開發不同的電源供電方案,會造成兩套方案同時開發,費時費力。BD8P250和BD90302這兩個產品的組合可以在實現PCB板不進行重新畫板的前提下,非常輕松的進行降壓功能和升降壓功能的切換。”
從原理圖和PCB板可以看出,整體PCB板的設計結構是一樣的,用戶將降壓功能升級成升降壓功能時,BD8P250核心芯片和降壓芯片都是一樣的,右側只需要加一個BD90302的升壓芯片,以及小范圍的電容調整就可以實現。由此可見,利用“Quick Buck Booster”的效果,實現了以往無法實現的升降壓電源和降壓電源的電源PCB板、外圍部件、噪聲對策的通用設計,因此與升降壓電源和降壓電源分別設計的情況相比,電源PCB板相關的開發周期可縮減50%。