MPQ3426 - 事前昇圧のリファレンスデザイン、コールドクランク過渡の簡単なソリューション

リファレンスデザイン

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1 概要

1.1 説明

スタートストップ機能は、どのメーカーの新しい車モデルにも期待される機能です。ただし、寒い時期にモータを始動すると、バッテリの電圧降下が3Vまで低下する可能性があるため、これは自動車用電子機器の設計に課題をもたらします。これは「コールドクランク」と呼ばれます。

ほとんどの12V自動車システムの電力段は、通常、出力電圧を5Vまたは3.3Vに調整するシングル降圧コンバータで構成されています。レギュレータが低ドロップアウトモードで動作を開始した場合でも、ほとんどの回路は入力電圧の低下の影響を受け、機能を停止する可能性があります。電子制御ユニット (ECU) は、常に公称バッテリ電圧12Vから始動し、始動後にコールドクランク過渡が発生する可能性があります。事前昇圧を使用すると、この問題のソリューションが提供されます。

事前昇圧は、降圧コンバータの前に直列に接続された昇圧コンバータで構成され、特定のしきい値を下回ると電圧が上昇します。これにより、12Vハーネスの過渡に関係なく、降圧コンバータの入力電圧を安定させ、出力を一定レベルに正しく調整することができます。昇圧のバイアス電圧はメインの降圧コンバータによって提供されるため、システムの動作入力電圧が2V以下に拡張されます。

このリファレンスデザインは、エンジニアが最大18Wの電源の事前昇圧を設計するのに役立ちます。

1.2 機能

広い動作入力範囲
3.5Aの連続出力電流
350kHz〜2.5MHzのプログラム可能なスイッチング周波数
低ドロップアウトモード
バレー電流検出を備えた過電流保護 (OCP)
ウェッタブルフランクで提供
最大92%の高効率
逆極性保護
2次EMIフィルタ
AEC-Q100 グレード1で提供
CISPR25 Class5 EMC規格に適合

図1 : MPS事前昇圧リファレンスデザインボード

1.3 アプリケーション

車載インフォテインメント
自動車の安全性とADAS

2 リファレンスデザイン

2.1 ブロック図

図2 : ブロック図

L1とC1は、事前昇圧コンバータの一部であることに加えて、伝導EMIの入力フィルタとして機能します。D1は、降圧コンバータICを逆極性から保護します。D2は、他の逆極性保護が実装されていない場合に昇圧ICを保護するためのオプションです。

2.2 関連ソリューション

このリファレンスデザインは、次のMPSソリューションに基づいています。

MPS集積回路	説明
MPQ3426	6Aのスイッチ電流容量と3.2Vのバイアス電圧を備えた非同期昇圧コンバータ
MPQ4430	3.5Aを供給できる36V同期整流降圧コンバータ

表1：システム仕様

2.3 システム仕様

パラメータ	仕様
動作入力電圧	2V DC〜36V DC
起動入力電圧	5V DC〜36V DC
出力電圧	5VDC
最大出力電流	3.5A (5V出力)
スイッチング周波数	400kHz
基板のフォームファクタ	90mmx90mmx10mm
効率	85%以上
12V出力リップル	15mV

表2 : システム仕様

コールドクランク時の最低バッテリ電圧	5V出力電圧での最大出力電流
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 : バッテリ電圧過渡対出力電流

3 試験結果

3.1 効率

特に記載がない限り、V_BATT = 12V, V_SYS = 5V, L_BOOST = 2.2µH, L_BUCK = 4.7µH, T_A = 25°C

入力フィルタ、保護ダイオード、および事前昇圧付き

図9 : 効率対負荷電流 - AAMモード

図10 : 効率対負荷電流 - CCMモード

I_SYS = 2A AAM モード

図11 : コールドクランク過渡電圧 (100ms/目盛)

3.2 EMC測定

V_BATT = 12V, V_SYS = 3.3V, L_BUCK = 4.7μH, C_OUT= 44μF, fSW = 400kHz, TA = 25°C

150kHz〜108MHz

図 2115：CISPR25 Class5の伝導エミッション

150kHz〜30MHz

図 2216：CISPR25 Class5の放射エミッション

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