"Quick Buck Booster”技术让汽车厂商摆脱怠速启停中的高风险难题

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当遇到红灯或堵车时,驾驶员会放慢车速甚至熄火,当重新上路时,起动机会快速启动发动机,这就是“怠速启停”的过程。这项技术具有几大优势:第一,消除怠速空转,省下怠速时间内消耗的油料,可以节能;第二,发动机自动熄火后,尾气排放为零,非常环保;第三,提高发动机动力输出,延长发动机寿命。因此,近些年配备怠速启停控制系统的车辆在逐年增加。
 
但是在怠速启停时,车辆会在瞬间承受较大负载,因此进入电池电压下降的启动状态,一般采用降压型DC/DC转换器,当电压降低到车载ECU的正常工作电压后会造成ECU停止,从而导致仪表盘停止,这给车辆行驶带来巨大的安全风险。为了向ECU供应稳定的电源,需要采用升降压转换器,其优点是不管电池电压高于还是低于ECU所需要的供电电压,升降压DC/DC转换器都可以输出一个比较稳定的供电电压,来保证ECU可以正常工作。对比降压型转换器,以前升降压型转换器相应性能较差,输出需要大容量电容器,且控制复杂。为了解决这个问题,ROHM公司研发了升降压控制技术‘Quick Buck Booster’,并推出了升降压电源芯片组。”
 
“Quick Buck Booster”技术的神奇之处
“Quick Buck Booster”技术是一个新概念的升降压控制技术,是ROHM实现降压电源和升降压电源一体化设计的关键。其控制方式跟传统的升降压型的转换器不同,它可以实现和降压型转换器同等效率的性能,也就是采用该技术的升压降压型转换器可以实现与降压型转换器同等的性能,但是比传统的升降压型转换器的输出容值降低50%以上;另外,采用该技术的产品能够轻松实现降压功能和升降压功能的通用设计,因此当工程师进行电源电路整体设计时,可以把设计周期缩短一半以上。
 
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如上图对比,两者的电路结构拓扑结构一样,左边是一个降压电路,右边是一个升压电路,两者结合起来就是一个升降压电路。两者的主要区别在于控制方式不同,传统的降压回路的控制方式是对降压功能和升压部分进行分别控制,也就是降压部分和升压部分需要分别进行占空比控制,所以相当于是两个大脑进行协商,这难免会造成整个系统控制结构比较复杂,整个环路的响应特性比较差。
 
ROHM针对这个复杂的控制结构进行了改善,“Quick Buck Booster”升降压技术实际上是将升压侧的占空比设定为一个固定的输出,也就是无论这个回路的输出输入怎样变化,升降侧的占空比都是固定的,因为它具有相同的占空比,那么对于环路整体的控制是靠降低部分来进行整体控制的,也就是降压侧的IC通过采集输出电流的变化,或者是输出电压的波动,来对环路进行整体的补偿控制,相当于是使用一个大脑来控制整个系统,这样整个控制系统就变得比较简单,整体系统的响应性会更好。
 
采用升降压电源芯片组,PCB简化得以简化,功耗大幅度降低
 
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采用Quick Buck Booster技术的升降压电源芯片组
 
在汽车设计中,厂商最看重的是什么?低功耗和小尺寸最重要,这样不仅可以满足节能环保的要求,而且可以PCB所占用的空间。ROHM推出的这个芯片组完全吻合这两点需求。该芯片组由两部分组成:具有升压功能的降压DC/DC转换器“BD8P250MUF-C”和升压专用IC“BD90302NUF-C”组成。核心器件是“BD8P250MUF-C”,其采用了“Quick Buck Booster”技术,仅需在后端追加“BD90302NUF-C”,即可在不损害降压电源在性能方面的特性优势的情况下成功构建升降压电源。
  
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如上图所示, ROHM半导体(北京)有限公司设计中心工控FAE工程师吴波介绍,“传统的升降压转换器为了输出侧电压的稳定,一般要采用100μf以上的稳压电容才可以,作为升降压电源,可实现业界最优异的无负载时消耗电流8µA,并以44µF输出电容容量实现输出电压波动仅±100mV的稳定工作,消耗电流比普通产品低70%,输出电容容量减少50%,这个实际上就大大节约了系统的整体设计成本。”
 
采用“Quick Buck Booster”技术可以在同一块PCB板上实现降压功能和升降压功能切换。吴波也特别强调,“对于那些没有搭载自动启停功能的车辆,只采用降压型DC/DC控制器就可以满足ECU的供电要求。我们如果针对不同的车型开发不同的电源供电方案,会造成两套方案同时开发,费时费力。BD8P250和BD90302这两个产品的组合可以在实现PCB板不进行重新画板的前提下,非常轻松的进行降压功能和升降压功能的切换。”
 
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从原理图和PCB板可以看出,整体PCB板的设计结构是一样的,用户将降压功能升级成升降压功能时,BD8P250核心芯片和降压芯片都是一样的,右侧只需要加一个BD90302的升压芯片,以及小范围的电容调整就可以实现。由此可见,利用“Quick Buck Booster”的效果,实现了以往无法实现的升降压电源和降压电源的电源PCB板、外围部件、噪声对策的通用设计,因此与升降压电源和降压电源分别设计的情况相比,电源PCB板相关的开发周期可缩减50%。
 
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"Quick Buck Booster”技术让汽车厂商摆脱怠速启停中的高风险难题

“Quick Buck Booster”技术是一个新概念的升降压控制技术,是ROHM实现降压电源和升降压电源一体化设计的关键。

各转换器的传递函数——升降压转换器的传递函数导出示例

本文将推导升降压转换器的传递函数。升降压转换器存在控制方式,不过在这里将抽取其中的2个控制方式来推导传递函数。