设计指南 4329

利用MAX15005电流模式控制器设计汽车冷启动boost电路


摘要 : 该参考设计详细说明了采用MAX15005汽车应用电源控制器设计boost电路的方案,该boost电路可以在汽车冷启动状态下保持固定的电压输出。

引言

当汽车发动机处于寒冷的气候环境或遭受长时间冰冻时,机油会变得很粘稠。低温下,汽车电池内阻会增加,大于标称内阻。如果发动机在这种情况下启动,启动电机将需要更大转力,从电池吸收更大电流。瞬态大电流和较高的串联内阻会使电池电压降至2.5V,这种状况即为大家所了解的汽车冷启动。

MAX15005为电流模式控制器,工作电压范围为4.5V至40V,能够支持冷启动和抛负载两种工作状况。上电时,MAX15005的工作电压可以降至2.5V,从而满足电池电压跌落的要求。

参考设计给出了汽车冷启动的应用方案,这个设计包括完整的原理图、材料清单(BOM)、效率测量及其它测试结果。

指标和设计方案

设计采用以下指标规范:
  • 输入电压:2.5V至18V
  • 输出电压:12V
  • 输出电流:1A
  • 输出纹波:±0.6V
  • 输入纹波:±15mV
  • 效率:冷启动时75%;正常工作情况下大于90%
  • 开关频率:200kHz
基于以上指标的原理图设计如图1所示。

图1. MAX15005B boost转换器原理图,FSW = 200kHz。
图1. MAX15005B boost转换器原理图,FSW = 200kHz。

此参考设计的材料清单如下列表1所示。

表1. 材料清单
Designator Value Description Part Footprint Manufacturer Quantity
C1 10µF/25V Capacitor GRM32DR71E106KA12L 1210 Murata® 1
C2 1µF/25V Capacitor GRM219R71E105KA88D 805 Murata 1
C3 10µF/25V Capacitor GRM32DR71E106KA12L 1210 Murata 1
C4, C6 1µF/16V Capacitor GRM188R71C105KA12D 603 Murata 2
C5 150pF Capacitor GRM1885C1H151JA01D 603 Murata 1
C7 100pF Capacitor GRM1885C1H101JA01D 603 Murata 1
C8, C9 330pF Capacitor GRM1885C1H331JA01D 603 Murata 2
C10 10nF Capacitor GRM188R71H103KA01D 603 Murata 1
C11 0.1µF Capacitor GRM188R71H104KA93D 603 Murata 1
D1 30V/500mA Schottky Schottky diode MBR0530T1 SOD123 On Semiconductor® 1
D2 30V/500mA Schottky Schottky diode MBR0530T1 SOD123 On Semiconductor 1
D3 40V/2A Schottky Default diode B240 SMB Diodes Incorporated 1
L 10µH Inductor IHLP-4040DZER100M01 IHLP-4040EZ Vishay® 1
Q 30V, 17A n-channel MOSFET n-channel MOSFET SI7386DP Power PAKSO-8 Vishay 1
R1 61.9K Resistor SMD 1% Resistor 603 Vishay 1
R2, R12 100K Resistor SMD 1% Resistor 603 Vishay 2
R3 604Ω Resistor SMD 1% Resistor 603 Vishay 1
R4 4.7 Resistor SMD 1% Resistor 603 Vishay 1
R5 17.8K Resistor SMD 1% Resistor 603 Vishay 1
R6 100 Resistor SMD 1% Resistor 603 Vishay 1
R7, R8 0.07Ω/1W Resistor LRCLR2010LF01R070J 2010 IRC 2
R9 20K Resistor SMD 1% Resistor 603 Vishay 1
R10 137K Resistor SMD 1% Resistor 603 Vishay 1
R11 15.6K Resistor SMD 1% Resistor 603 Vishay 1
R13 10.5K Resistor SMD 1% Resistor 603 Vishay 1
U1 4.5V to 40V input, automotive flyback/boost/SEPIC, power-supply controller PWM controller MAX15005BAUE+ TSSOP-16 Maxim 1

性能参数

图2为该设计的效率与负载电流的关系曲线,输入电压为测试变量。

图2. 负载电流与转换效率的关系
图2. 负载电流与转换效率的关系

转换器输出电压和负载电流的波形如图3图4所示,分别对应于VIN = 2.5V和VIN = 11V。

图3. VIN = 2.5V时的转换器输出电压和负载电流波形。CH1:输出电压;CH2:MOSFET栅极电压;CH3:输出电流。
图3. VIN = 2.5V时的转换器输出电压和负载电流波形。
CH1:输出电压;CH2:MOSFET栅极电压;CH3:输出电流。


F图4. VIN = 11V时的转换器输出电压和负载电流波形。CH1:输出电压;CH2:MOSFET栅极电压;CH3:输出电流。
图4. VIN = 11V时的转换器输出电压和负载电流波形。
CH1:输出电压;CH2:MOSFET栅极电压;CH3:输出电流。