Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Search our partners

Find the latest content on electronic components. Datasheets.com
Elektroda.pl
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Zasilacze samochodowe wysokiej jakości i wysokiej sprawności

ghost666 26 Aug 2020 16:14 2151 5
  • Zasilanie układów elektroniki samochodowej może być trudne ze względu na wymagania dotyczące wysokiej niezawodności przy stosunkowo niestabilnym napięciu akumulatora. Różnorodność systemów elektrycznych i mechanicznych współpracujących z akumulatorem pojazdu i może powodować gwałtowne skoki napięcia w nominalnym zasilaniu 12 V. W rzeczywistości napięcie 12 V może zmieniać się od –14 V do +35 V przez dłuższy czas oraz powodować skoki napięcia o skrajnych wartościach w zakresie od +150 V do –220 V. Niektóre z tych przepięć i stanów nieustalonych wynikają z codziennego użytkowania, inne z usterek systemu zasilania w pojeździe. Niezależnie od przyczyny, uszkodzenia, jakie mogą spowodować w układzie elektronicznym pojazdu, mogą być trudne do zdiagnozowania i kosztowne do naprawienia.

    Doświadczenie producentów samochodów zebrane w ciągu ostatniego stulecia, doprowadziło do powstania katalogu warunków elektrycznych i stanów nieustalonych, o których wiadomo, że zakłócają działanie systemu zasilania i powodują uszkodzenia podłączonych do nich systemów. Międzynarodowa Organizacja Normalizacyjna (ISO) zebrała tę wiedzę w specyfikacjach ISO 16750-2 oraz ISO 7637-2 dla pojazdów drogowych. Jako minimum, zasilacz samochodowej elektronicznej jednostki sterującej (ECU) powinien przetrwać te warunki bez uszkodzeń. W przypadku systemów krytycznych należy zachować również funkcjonalność i odpowiednie tolerancje w czasie trwania całego zdarzenia. Wymaga to, aby zasilacz stabilizował napięcie wyjściowe poprzez cały czas trwania stanu przejściowego, aby zachować działanie ECU. Idealnie byłoby, gdyby kompletne rozwiązanie zasilania eliminowało potrzebę stosowania bezpieczników, minimalizowało rozpraszanie mocy i zapewniało niski prąd spoczynkowy, aby dobrze pracować w systemach elektronicznych, które są w aucie zawsze włączone i rozładowują akumulator pojazdu w czasie postoju.

    Norma ISO 16750-2 dla samochodowych systemów elektronicznych

    Zasilacze samochodowe wysokiej jakości i wysokiej sprawności
    Rys.1. ISO 7367-2: impuls numer 1
    z kondensatorem bocznikującym
    330 µF i bez niego.
    Zasilacze samochodowe wysokiej jakości i wysokiej sprawności
    Rys.2. Przegląd niektórych
    trudniejszych testów
    ISO 16750-2.
    W swojej najnowszej iteracji specyfikacja kompatybilności elektromagnetycznej ISO 7637-2 koncentruje się na sygnałach przejściowych o wysokiej amplitudzie (> 100 V) i krótkim czasie trwania (150 ns do 2 ms), które pochodzą ze źródeł o stosunkowo wysokiej impedancji (od 2 Ω do 50 Ω). Te skoki napięcia można często złagodzić za pomocą elementów pasywnych. Rysunek 1 przedstawia impuls 1 ISO 7637-2, zgodnie z definicją, z dodatkowym kondensatorem obejściowym 330 µF. Pojemność zmniejsza amplitudę szpilki z –150 V do –16 V, mieszczących się w zakresie obwodów zabezpieczających przed odwrotną polaryzacją zasilania. Impulsy 2a, 3a i 3b z normy ISO 7367-2 mają znacznie mniejszą energię niż impuls 1 i wymagają mniejszej pojemności do stłumienia.

    Norma ISO 16750-2 koncentruje się na impulsach o dłuższym czasie trwania ze źródeł o niskiej impedancji. Te stany nieustalone nie mogą być łatwo odfiltrowane i często wymagają aktywnych rozwiązań opartych na stabilizatorach itp. Niektóre z bardziej wymagających testów obejmują tzw. zrzut ładunku (test 4.6.4), stan odwrotnie podłączonego akumulatora (test 4.7), test nałożonego napięcia przemiennego (test 4.4) i profil rozruchu silnika (test 4.6.3). Rysunek 2 przedstawia wizualny przegląd impulsów testowych. Różnorodność warunków przedstawionych w ISO 16750-2, wraz z wymaganiami dotyczącymi napięcia zasilania i poboru prądu przez ECU, często wymagana jest kombinacja różnych podejść, aby spełnić wszystkie wymagania, zapisane w normach.

    Zrzut ładunku

    Zrzut ładunku (ISO 16750-2: test 4.6.4) to poważny stan przejściowy, który modeluje odłączenie akumulatora w czasie, gdy alternator dostarcza znaczny prąd do instalacji. Szczytowe napięcie podczas zrzutu obciążenia jest klasyfikowane jako tłumione lub nie, w zależności od tego, czy na wyjściach alternatora 3-fazowego zastosowano diody lawinowe. Tłumiony impuls zrzutu obciążenia jest ograniczony do 35 V, podczas gdy szczytowa amplituda nietłumionego impulsu wynosi od 79 V do 101 V. W obu przypadkach powrót do normalnego stanu może zająć do 400 ms ze względu na dużą ilość energii magnetycznej zgromadzonej w stojanie alternatora. Podczas gdy większość producentów samochodów wykorzystuje diody lawinowe, rosnące wymagania dotyczące niezawodności takich układów skłaniają niektórych producentów do wymagania, aby ECU spełniały wymagania odporności maksymalnego napięcia zrzutu ładunku, zbliżone do tych, które występują w systemie bez tłumienia.

    Jednym z rozwiązań problemu zrzutów ładunku jest dodanie diody tłumiącej napięcie przejściowe (TVS), która lokalnie blokuje zasilanie ECU. Bardziej zwarte i ściślejsze podejście do tego zabezpieczenia polega na zastosowaniu aktywnego ogranicznika przepięć, takiego jak na przykład LTC4364, który liniowo steruje szeregowym tranzystorem MOSFET z kanałem typu w celu ograniczenia maksymalnego napięcia wyjściowego do poziomu zaprogramowanego przez użytkownika (na przykład 27 V). Ograniczniki przepięć dodają możliwość odłączenia wyjścia, umożliwiając programowalne ograniczenie prądu i blokadę przed zbyt niskim napięciem, a także często jest w stanie zapewnić dostateczną ochronę przed odwrotną polaryzacja akumulatora.

    Problemem w przypadku każdego urządzenia zasilającego z stabilizatorem liniowym, takiego jak ogranicznik przepięć, jest konieczność rozproszenia okresowo dużej mocy na układzie wykonawczym - w tym wypadku na tranzystorze MOSFET z kanałem N, który ogranicza napięcie podczas sytuacji zrzutu ładunku lub w ramach ograniczenia prądu na skutek zwarcia w systemie etc. Ograniczenia wynikające z zdefiniowanego dla danego elementu bezpiecznego obszaru roboczego (SOA) mocy ostatecznie ograniczają maksymalny możliwy prąd elementu w różnych warunkach. Określa on również limit czasu (zwykle ustawiany za pomocą programowalnego pinu zegarowego) na to, jak długo można utrzymać stabilizację wyjścia, zanim MOSFET musi zostać wyłączony, aby uniknąć uszkodzenia. Te narzucone ograniczenia SOA stają się bardziej dotkliwe przy wyższych napięciach roboczych, co utrudnia stosowanie ograniczników przepięć w systemach z napięciem nominalnym równym 24 V i 48 V.

    Bardziej skalowalnym podejściem jest użycie stabilizatora impulsowego typu buck zdolnego do pracy z wejściem do 42 V, takiego jak LT8640S. Stabilizator impulsowy nie ma ograniczeń SOA dla MOSFETa w porównaniu do stabilizatora liniowego, ale z pewnością jest bardziej złożony. Sprawność stabilizatora buck pozwala na pracę z bardzo dużymi prądami, a jego górny przełącznik pozwala na odłączenie wyjścia i ograniczenie prądu. Obawy o prąd spoczynkowy stabilizatora buck mogą ostać rozwiane dzięki najnowszej generacji części, które pobierają tylko kilka mikroamperów podczas działania bez obciążenia. Szum przełączania również znacznie się poprawił dzięki technologii Silent Switcher i nowym technikom modulacji z wykorzystaniem rozproszonego widma.

    Dodatkowo, niektóre przetwornice typu buck mogą działać przy 100% wypełnieniu cyklu pracy tak, że górny przełącznik jest stale włączony, przekazując napięcie wejściowe na wyjście przez cewkę. Operacja przełączania jest wyzwalana w warunkach przepięcia lub przetężenia, aby odpowiednio ograniczyć napięcie lub prąd wyjściowy. Przetwornice typu buck, takie jak LTC7862, działają jak ograniczniki przepięć, osiągając niski poziom szumów i niskie straty przy jednoczesnym zachowaniu niezawodności i wysokiej sprawności zasilacza impulsowego.

    Odwrócenie napięcia

    Stan napięcia wstecznego (zwany również stanem odwrotnym akumulatora) występuje, gdy zaciski akumulatora lub kable rozruchowe są połączone odwrotnie z powodu np. błędu operatora. Odpowiedni impuls testowy w normie ISO 16750-2 (test 4.7) stosuje –14 V do testowanego urządzenia przez 60 sekund (wielokrotnie). Niektórzy producenci dodają własne, dynamiczne wersje tego testu, w których część jest początkowo zasilana (na przykład VIN = 10,8 V), zanim zostanie nagle podłączone odwrócone napięcie polaryzacyjne (np. –4 V).

    Szybki przegląd kart katalogowych pokazuje, że niewiele układów scalonych jest zaprojektowanych tak, aby tolerować ujemne napięcie zasilania. Na ogół minimalne tolerowane napięcie ujemne wynosi -0,3 V. Przekroczenie tego progu, wynikającego ze spadku napięcia na zagrzebanych diodach zabezpieczających wejścia, może spowodować nadmierny przepływ prądu przez wewnętrzne elementy zabezpieczające, takie jak zabezpieczenia ESD, a także diody pasożytnicze MOSFETów mocy. Dodatkowo, bipolarne kondensatory filtrujące, takie jak aluminiowe elektrolity, również mogą zostać uszkodzone podczas stanu odwrotnego napięcia na wejściu zasilania.

    Zasilacze samochodowe wysokiej jakości i wysokiej sprawności
    Rys.3. Różne podejścia do
    rozwiązywania trudnych
    testów ISO 16750-2.
    Dioda Schottkiego na wejściu może zapobiegać przepływowi prądu w odwrotnym kierunku, ale takie podejście prowadzi do znacznych strat mocy przy wyższych prądach przewodzenia w czasie normalnej pracy. Prosty schemat zabezpieczeń oparty na szeregowym tranzystorze MOSFET z kanałem P, pokazany na rysunku 3, zmniejsza tę stratę, ale może nie działać dobrze przy niskich napięciach wejściowych (na przykład podczas uruchamiania silnika) ze względu na napięcie progowe urządzenia. Bardziej wydajnym podejściem jest użycie tzw. diody idealnej w postaci układu scalonego, takiego jak LTC4376, który napędza szeregowo podłączony tranzystor MOSFET z kanałem typu N, który odcina napięcie wejściowe poniżej poziomu masy. Podczas normalnej pracy kontroler tranzystora steruje nim tak, aby zminimalizować spadek napięcia na kanale do nawet 30 mV lub mniej, zmniejszając straty mocy i ilość ciepła do rozproszenia o rząd wielkości lub więcej, niż w przypadku diody Schottkiego używanej do zabezpieczania wejścia.

    Badanie nałożonego napięcia przemiennego (ISO 16750-2: test 4.4) modeluje wpływ prądu przemiennego pochodzącego z alternatora pojazdu. Jak sama nazwa wskazuje, na szynę zasilania z akumulatora nakładany jest sygnał sinusoidalny o amplitudzie międzyszczytowej 1 V, 2 V lub 4 V, w zależności od klasyfikacji poziomu testu. Dla wszystkich poziomów testu maksymalne napięcie wejściowe wynosi 16 V. Częstotliwość sinusoidy jest przemiatana logarytmicznie od 50 Hz do 25 kHz, a następnie z powrotem do 50 Hz, w ciągu 120 sekund. Sekwencja taka jest pięciokrotnie powtarzana.

    Ten test powoduje powstawanie dużych wahań amplitudy prądu i napięcia w dowolnej podłączonej do zasilania sieci filtrów z rezonansem poniżej 25 kHz. Może również powodować problemy przy przełączaniu stabilizatorów impulsowych, gdzie ograniczenia szerokości pasma pętli sprzężenia zwrotnego utrudniają stabilizację napięcia przy napięciu zmiennym na wejściu. Jednym z rozwiązań jest pośredni element prostowniczy, taki jak dioda Schottkiego mocy na wejściu, ale podobnie jak w przypadku zabezpieczenia przed odwrotnie podłączonym napięciem zasilania, jest to kiepski sposób rozwiązania problemu z powodu, chociażby, dużych strat mocy.

    Kontroler diody idealnej w tej aplikacji nie sprawdzi się tak, jak w przypadku ochrony przed odwróceniem polaryzacji napięcia zasilającego, ponieważ nie jest w stanie przełączać tranzystora MOSFET dostatecznie szybko, aby nadążyć za wejściem. Czynnikiem ograniczającym jest siła sterowania bramki, która jest zwykle ograniczona do prądu około 20 µA przez wewnętrzną pompę ładunku w układzie. Podczas gdy kontroler diody idealnej może szybko wyłączyć MOSFET, włączanie go jest bardzo powolne – układ taki nie nadaje się do prostowania sygnałów o wyższej częstotliwości.

    Bardziej eleganckim podejściem jest użycie kontrolera aktywnego prostownika LT8672, który może przełączać tranzystor MOSFET wystarczająco szybko, aby prostować napięcie wejściowe przy częstotliwościach nawet do 100 kHz. Kontroler prostownika aktywnego jest idealnym kontrolerem diodowym z dwoma ważnymi dodatkami: dużym rezerwuarem ładunki do sterowania bramką tranzystorów. Metoda ta pozwala zmniejszyć straty mocy o ponad 90% w porównaniu do wykorzystania diody Schottkiego. LT8672 chroni również znajdujące się dalej obwody przed odwrotnym podłączeniem akumulatora, tak jak robi to dioda idealna.

    Profil początkowy

    Profil rozruchu silnika (ISO 16750-2: test 4.6.3) jest stanem przejściowym ekstremalnego podnapięcia, czasami nazywanym impulsem zimnego rozruchu, ponieważ najgorszy przypadek opadania napięcia z akumulatora występuje w niższych temperaturach. Gdy rozrusznik obraca się, napięcie z akumulatora (12 V nominalnie) może chwilowo spaść do 8 V, 6 V, 4,5 V czy nawet 3 V, w zależności od klasyfikacji poziomu testu (odpowiednio: I, IV, II, III).

    W niektórych systemach stabilizator liniowy o niskim spadku napięcia (LDO) lub stabilizator impulsowy buck jest wystarczający, aby umożliwić szynom zasilającym działanie w tym stanie przejściowym, pod warunkiem, że napięcia zasilania ECU są mniejsze niż najniższe napięcie wejściowe. Na przykład, jeśli najwyższe napięcie wyjściowe ECU wynosi 5 V i musi spełniać poziom IV testu (minimalne napięcie wejściowe 6 V), wówczas wystarczy stabilizator ze spadkiem napięcia poniżej 1 V. Najniższy odcinek napięcia podczas profilu rozruchowego silnika trwa tylko 15..20 ms, więc element prostowniczy (dioda Schottkiego, kontroler idealnej diody, prostownik aktywny), a następnie duży kondensator filtrujący może być w stanie pozwolić przejść przez ten krótki czas, jeśli zapas energii w kondensatorze spowoduje, że napięcie nie spadnie poniżej minimalnego napięcia wejściowego stabilizatora.

    Jeśli jednak ECU potrzebuje napięcia wyższego niż najniższe napięcie wejściowe, wymagany jest stabilizator typu boost. Tego rodzaju układy mogą skutecznie utrzymywać napięcie wyjściowe 12 V z wejść mniejszych niż nawet 3 V przy wysokim natężeniu prądu. Jest jednak jeden problem z tego rodzaju przetwornicą: ścieżka od wejścia do wyjścia zapobiega rozłączeniu układu, więc prąd nie jest naturalnie ograniczany podczas uruchamiania lub w czasie zwarcia. Aby zapobiec przetężeniu, wyspecjalizowane stabilizatory, takie jak układ LTC3897, zawierają w sobie dodatkowy element do ograniczania przepięć, który umożliwia odłączenie wyjścia układu oraz ograniczenie prądu, a także zapewnia ochronę przed odwróconym napięciem, gdy używane są tranzystory MOSFET z kanałem typu N w połączeniu typu back-to-back. To rozwiązanie może rozwiązać problem zrzutu ładunku, rozruchu silnika i odwrotnego podłączenia akumulatora za pomocą pojedynczego obwodu scalonego, ale dostępny prąd jest ograniczony przez SOA ogranicznika przepięć (MOSFETa).

    Stabilizator typu buck-boost z czterema kluczami znosi to ograniczenie poprzez połączenie synchronicznego stabilizatora typu buck i synchronicznego stabilizatora typu boost poprzez wspólną cewkę. Takie podejście pozwala spełnić zarówno testy zrzutu ładunku, jak i profilu rozruchu silnika bez ograniczeń SOA dla MOSFETa na poziomie prądu lub czasu trwania impulsu, przy jednoczesnym zachowaniu możliwości odłączania wyjścia i ograniczania płynącego prądu.

    Operacja przełączania stabilizatora typu buck-boost zależy od relacji między napięciem wejściowym i wyjściowym. Jeśli wartość wejściowa jest znacznie wyższa niż wartość wyjściowa, górny przełącznik doładowania włącza się w sposób ciągły, podczas gdy stopień wyjściowy obniża poziom napięcia z wejścia. Podobnie, gdy napięcie na wejściu jest znacznie niższe niż potrzebne na wyjściu, górny przełącznik przetwornicy typu buck włącza się w sposób ciągły, podczas gdy stopień mocy przetwornicy typu boost zwiększa napięcie na wyjściu. Gdy wejście i wyjście są w przybliżeniu równe (w zakresie od 10% do 25%), stopnie mocy buck i boost przełączają się jednocześnie z przeplotem. W ten sposób maksymalizowana jest sprawność w różnych regionach przełączania (buck, buck-boost oraz boost) poprzez ograniczenie przełączania tylko do tranzystorów MOSFET wymaganych do stabilizacji napięcia wyjściowego.

    Podsumowanie rozwiązania dla testów zgodnych z ISO 16750-2

    Rysunek 3 podsumowuje różne rozwiązania dotyczące zrzutu ładunku, odwrotnego podłączenia napięcia zasilającego, nałożonego napięcia przemiennego czy profilu rozruchu silnika. Na rysunku tym wymieniono także kluczowe wady i zalety poszczególnych układów. Możemy z tego wyciągnąć kilka kluczowych wniosków:

    * Szeregowy tranzystor MOSFET z kanałem typu N z drenem skierowanym do wejścia jest niezwykle pożądany, ponieważ może być używany do ograniczania prądu i odłączania wyjścia, niezależnie od tego, czy jest używany jako przełącznik (na przykład w stopniu mocy przetwornicy buck), czy sterowany liniowo (na przykład w ograniczniku przepięć);
    * W przypadku zabezpieczenia wejścia przed odwrotną polaryzacją napięcia i nałożonym napięciem przemiennym, użycie MOSFETa jako elementu prostowniczego (źródło zwrócone w stronę wejścia) znacznie zmniejsza straty mocy i spadek napięcia w porównaniu z diodą Schottkiego;
    * Zasilacz impulsowy jest lepszy od stabilizatora liniowego, ponieważ jest bardziej niezawodny i lepiej ogranicza prąd wejściowy, ponieważ pracuje w granicach SOA swojego klucza. Może sterować maksymalnym napięciem wejściowym w nieskończoność, podczas gdy stabilizator liniowy i rozwiązania pasywne mają nieodłączne ograniczenia czasowe, które komplikują projekt;
    * Regulator boost może być konieczny lub nie, w zależności od klasyfikacji profilu rozruchowego i szczegółów działania ECU (jakie jest najwyższe napięcie, które musi zapewnić).

    Jeśli wymagany jest stabilizator typu boost, wówczas układ buck-boost z czterema kluczami pozwala połączyć wszystkie zalety obu układów w jedno. Potrafi skutecznie regulować napięcie w przypadku silnych stanów przejściowych zarówno podnapięcia, jak i przepięcia, także przy wysokich poziomach prądu przez dłuższe okresy czasu. To sprawia, że jest to najbardziej niezawodne i proste podejście z punktu widzenia aplikacji, pomimo zwiększonej złożoności projektu. Niemniej jednak, typowa przetwornica typu buck-boost ma pewne wady. Po pierwsze, ochrona przed odwróceniem napięcia zasilania nie jest naturalnie zapewniona i musi być rozwiązana za pomocą dodatkowych obwodów.

    Podstawową wadą takiej przetwornicy jest to, że większość czasu eksploatacji spędza ona w rejonie przełączania „buck-boost” o niższej sprawności i większym poziomie zakłóceń. Gdy napięcie wejściowe jest prawie równe wartości wyjściowej, wszystkie cztery MOSFETy aktywnie przełączają się, aby stabilizować napięcie. Sprawność systemu spada w wyniku zwiększonych strat przełączania i zastosowania maksymalnego prądu do sterowania bramkami układów. W tym obszarze występują największe zakłócenia, tak promieniowane, jak i przewodzone, ponieważ aktywne są gorące pętle zarówno obniżania, jak i zwiększania napięcia, a prądy wejściowe i wyjściowe regulatora są nieciągłe.

    Stabiliator typu buck-boost może stabilizować napięcie podczas sporadycznych stanów przejściowych zapadu napięcia i w czasie przepięcia, nawet o dużej amplitudzie, ale za cenę pracy z wysokim prądem spoczynkowym, niższą sprawnością i ze zwiększonym poziomem zakłóceń w rejonie, gdzie układ pracować będzie przez większość czasu swojej pracy.

    Zasilacze samochodowe wysokiej jakości i wysokiej sprawności
    Rys.4. Sterownik buck-boost
    z trybem Pass-Thru rozwiązuje
    wiele problemów wynikających
    z testów norm motoryzacyjnych.
    Zasilacze samochodowe wysokiej jakości i wysokiej sprawności
    Rys.5. Kontroler buck-boost
    z wejściem od 3 V do 100 V
    pracuje z wyjściami Pass-Thru
    od 8 V do 17 V.
    Tryb pracy Pass-Thru zapewnia wysoką sprawność i niskie zakłócenia EMI przetwornicy typu Buck-Boost

    LT8210 to wyposażony w cztery klucze kontroler przetwornicy DC/DC o topologii buck-boost, który może działać konwencjonalnie ze stałym napięciem wyjściowym, ale także posiada nowy tryb pracy - Pass-Thru TM (patrz rysunek 4), który eliminuje straty przełączania i nie generuje zakłóceń EMI poprzez wykorzystanie programowalnego okna napięcia wejściowego. System ten działa w zakresie od 2,8 V do 100 V, pozwalając na stabilizację napięcia zasilania przy największym spadku napięcia akumulatora podczas rozruchu silnika i przy najmocniejszych zrzutach ładunku. Posiada wbudowane zabezpieczenie przed odwrotnym podłączeniem zasilania (do -40 V), które jest realizowane poprzez dodanie pojedynczego tranzystora MOSFET z kanałem typu N (DG na rysunku 5).

    W trybie Pass-Thru napięcie wyjściowe jest stabilizowane do krawędzi okna, gdy napięcie wejściowe jest poza nim. Góra i dół okna są programowane przez dzielniki rezystorowe FB2 i FB1. Gdy napięcie wejściowe znajduje się w tym oknie, górne przełączniki (A i D) włączają się w sposób ciągły, przekazując napięcie wejściowe bezpośrednio na wyjście. W tym stanie bez przełączania całkowity prąd spoczynkowy LT8210 spada do kilkudziesięciu mikroamperów. Brak kluczowania oznacza brak zakłóceń elektromagnetycznych i brak strat energetycznych na przełączania tranzystorów MOSFET. Przekłada się to na sprawność wyższą niż 99,9%.

    Dla tych, którzy chcą wykorzystać to, co najlepsze z obu światów, LT8210 umożliwia przełączanie między różnymi trybami pracy w locie, przełączając piny MODE1 i MODE2. Dzięki temu kontroler LT8210 może działać jako konwencjonalny stabilizator o topologii buck-boost ze stałym napięciem wyjściowym (w trybie CCM, DCM lub Burst Mode) w niektórych sytuacjach, a następnie przejść do pracy w trybie Pass-Thru, gdy zmienią się warunki w systemie. Może to być przydatna funkcja w przypadku systemów zawsze włączonych i aplikacji typu start-stop.

    Wydajność w pracy Pass-Thru

    Funkcja Pass-Thru pokazana na rysunku 5 przekazuje napięcie wejściowe do wyjścia w oknie między 8 V a 17 V. Gdy napięcie wejściowe jest powyżej okna Pass-Thru, LT8210 obniża je do stabilizowanego napięcia 17 V. Jeśli napięcie wejściowe spadnie poniżej 8 V, LT8210 zwiększa je do 8 V. W ramach funkcji zabezpieczających, monitorowany i kontrolowany jest prąd płynący przez cewkę lub mierzony prąd średni, zależnie od konfiguracji. Układ wyłącza przepływ prądu w momencie przekroczenia zaprogramowanego progu.

    Rysunek 6, rysunek 7 i rysunek 8 przedstawiają odpowiedź obwodu LT8210 odpowiednio na test zrzutu ładunku, odwrócenie polaryzacji napięcia i profil rozruchowy. Rysunek 9 i rysunek 10 pokazują poprawę sprawności i działanie przy niskim natężeniu prądu możliwe w oknie Pass-Thru. Rysunek 11 z kolei przedstawia dynamiczne przejście między trybem Pass-Thru a pracą w trybie CCM. Symulacja tego obwodu przez LTspice wraz z przyspieszonymi wersjami najtrudniejszych impulsów testowych ISO 16750-2 jest dostępna pod tym adresem.

    Zasilacze samochodowe wysokiej jakości i wysokiej sprawności
    Rys.6. Odpowiedź Pass-Thru na niehamowany zrzut ładunku.

    Zasilacze samochodowe wysokiej jakości i wysokiej sprawności
    Rys.7. Odpowiedź LT8210 na odwrotne podłączenie akumulatora.

    Zasilacze samochodowe wysokiej jakości i wysokiej sprawności
    Rys. 8. Odpowiedź Pass-Thru na zimny rozruch silnika.

    Zasilacze samochodowe wysokiej jakości i wysokiej sprawności
    Rys.9. Sprawność dla operacji CCM i Pass-Thru.

    Zasilacze samochodowe wysokiej jakości i wysokiej sprawności
    Rys. 10. Prąd wejściowy bez obciążenia w trybie Pass-Thru (VIN = 12 V).

    Zasilacze samochodowe wysokiej jakości i wysokiej sprawności
    Rys. 11. Dynamiczne przejście między operacjami Pass-Thru i CCM.


    Podsumowanie

    Projektując zasilacz do samochodowego układu elektronicznego, kontroler buck-boost LT8210 oferuje doskonałe rozwiązanie z zakresem roboczym na wejściu od 2,8 V do 100 V, wbudowanym zabezpieczeniem przed odwróceniem napięciem z akumulatora i nowym Tryb pracy Pass-Thru. Tryb Pass-Thru poprawia się po działaniu buck-boost, redukując ilość szumów przełączania, straty przy przełączaniu i pozwalając osiągnąć niski prąd spoczynkowy podczas stabilizacji napięcia w oknie. Minimalne i maksymalne wartości napięcia wyjściowego są ograniczone podczas stanów nieustalonych o dużej amplitudzie, takich jak zrzut ładunku czy zimny rozruch bez problemów z SOA tranzystora MOSFET lub ograniczeń prądu lub czasu pracy, wynikających z rozwiązań liniowych.

    Nowatorski schemat sterowania LT8210 zapewnia czyste i szybkie przejścia między różnymi regionami przełączania (boost, buck-boost, buck itp), umożliwiając stabilizację napięcia zasilania w wielu warunkach. LT8210 można przełączać między trybem Pass-Thru a konwencjonalnym, stałym napięciem wyjściowym, trybami pracy buck-boost (CCM, DCM lub Burst Mode) podczas pracy, a wyjście stałego napięcia można ustawić na dowolne napięcie wyjściowe w oknie Pass-Thru (na przykład VOUT = 12 V dla okna od 8 V do 16 V). Ta elastyczność umożliwia użytkownikowi przełączanie między trybem Pass-Thru i normalnym trybem buck-boost w celu utrzymania niskiego poziomu szumów, niskiego poboru prądu, wysokiej sprawności lub dokładniejszej regulacji i odpowiedzi impulsowej w trybach CCM, DCM czy Burst.

    Źródło: https://www.analog.com/en/analog-dialogue/articles/protecting-and-powering-automotive-electronics-systems-with-no-switching-noise.html

    Cool! Ranking DIY
    Can you write similar article? Send message to me and you will get SD card 64GB.
    About Author
    ghost666
    Translator, editor
    Offline 
    Fizyk z wykształcenia. Po zrobieniu doktoratu i dwóch latach pracy na uczelni, przeszedł do sektora prywatnego, gdzie zajmuje się projektowaniem urządzeń elektronicznych i programowaniem. Od 2003 roku na forum Elektroda.pl, od 2008 roku członek zespołu redakcyjnego.
    ghost666 wrote 10365 posts with rating 8656, helped 157 times. Live in city Warszawa. Been with us since 2003 year.
  • Computer ControlsComputer Controls
  • #2
    Baskhaal
    Level 15  
    Uwaga, zawiera lokowanie produktu! ;)

    Przeciętny użytkownik nie zdaje sobie sprawy ile i jak restrykcyjnych norm obowiązuje przy projektowaniu elektroniki dla automotive. Do tego produkcja w trzeciej klasie IPC (plus dodatkowe restrykcje).
  • Computer ControlsComputer Controls
  • #3
    ghost666
    Translator, editor
    Baskhaal wrote:
    Uwaga, zawiera lokowanie produktu! ;)

    Przeciętny użytkownik nie zdaje sobie sprawy ile i jak restrykcyjnych norm obowiązuje przy projektowaniu elektroniki dla automotive. Do tego produkcja w trzeciej klasie IPC (plus dodatkowe restrykcje).


    Liznąłem kiedyś projektowania układów pod SIL/ASIL (SIL4) - zdaję sobie sprawę, że to co opisuję tutaj na Elektrodzie, to jest w sumie wierzchołek góry lodowej.
  • #4
    CosteC
    Level 32  
    Mam wrażenie, że to automatyczne tłumaczenie, nieco poprawione, ale dalej odległe od języka polskiego...

    "Zrzut ładunku" gdzie indziej już "zrzut obciążenia" w oryginale "load dump" o ile pamiętam...
    Wykluczające się stwierdzenia o odłączaniu akumulatora oraz odłączaniu obciążenia. Tego się nie da zrozumieć, trzeba dekodować o co automatowi pospołu z auterm mogło chodzić.
    "Układ napędza MOSFET" a po polsku by się nie dało przypadkiem napisać, zamiast kalkę z angielskiego robić?

    Strasznie się to czyta, naprawdę. Jak ktoś nie zna się na temacie to źle zrozumie tą papkę intelektualno-językową, jak się zna to przestanie czytać po pierwszym akapicie bo po co ma tracić czas i się denerwować.

    Taki artykuł idealnie obrazuje po co jest stanowisko 'redaktor techniczny' ("technical writer") oraz dlaczego "technicznym" trzeba wmuszać taki przedmiot jak język polski na studiach: bo nie umieją pisać po polsku, a zachodzi podejrzenie braku umiejętności czytania.

    2/10 Nie polecam z całą odpowiedzialnością. Robiłem tłumaczenia. To jest tragiczne.
  • #5
    DamianG
    Level 20  
    Mi się rzadko czytać tak długie artykuły tutaj, a ten przeczytałem od dechy do dechy. I nie zwróciłem uwagi na jakieś większe byki. Ja bym powiedział, że odłączanie akumulatora i odłączanie obciążenia jest tożsame, a nie wykluczające się - wszak akumulator podczas ładowania jest obciążeniem.
    Fakt, produkcja elektroniki dla automotive jest niezwykle upierdliwa. Chętnie bym zdradził parę niuansów, ale niestety nie mogę...
  • #6
    CosteC
    Level 32  
    Obawiam się, że przeczytałeś po łebkach bo jesteś w temacie i przeskakujesz całe sekcje. Próba czytania dokładnie co napisano daje bolesne efekty.

    Nie chcę punktować autora, ale to jest przykład bardzo słabej roboty tłumacza, i pisania "po polskiemu".

    Chwalić za merytorykę można tylko Davida Megaw'a. Ten człowiek napisał artykuł ładną angielszczyzną, na ile umiem ocenić.