DC-DC在车载产品应用中如何避免冲击电压的产生

作者：林生念(厦门美时美克空气净化有限公司,厦门 361106) 时间：2023-06-02 来源：电子产品世界

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编者按：由于电子设备功能越来越复杂，在满足产品电源功率需求的同时又要兼顾产品寿命及可靠性，使得设计人员在电子产品模块电源设计中，更加热衷于选择输出效率高的DC-DC。然而在DC-DC输入电压较为不稳定的应用环境中特别在车载产品上，如果不对DC-DC的输入电压、外围参数、负载进行有效的评估，则容易使得DC-DC的瞬态输出电压产生冲击，从而造成后端用电设备的损坏。

本人在车载多媒体收音机设计中，使用了MITSUMI公司推出的DC-DCMM3630XV，为iPhone、iPad 及其余移动设备的在乘用车上的充电电源或者U 盘及移动硬盘等移动存储设备供电，该输出电源规格为: 输出电压（+5±5%）V，以USB 接口方式输出（最大2.5 A）。

本文引用地址：https://www.eepw.com.cn/article/202306/447255.htm

1 DC-DC应用初期电路设计

+5 V 输出电源系统框图见图1、应用电路见图2，MM3630XV 管脚定义见表1。

图1

图2

表1

1.1 供电系统说明

由车载电池KL30 经过一定的滤波处理后连接芯片的Pin18、19，作为DC-DC MM3630XV 的输入电压，经过3 颗1% 精度的反馈电阻R354=10 k、R355=1.8 k、R356 = 2.2k 的分压产生FB 反馈信号设定最大带载2.5 A 的+5 V 的输出电压（见图3、图4），最终通过USB 接口输出给外部设备进行车上充电或者U 盘等移动存储设备提供+5 V 供电。

图3

图4

1.2 验证过程中出现的问题点

在汽车点火启动过程中，出现一定概率U 盘损坏的严重问题。

1.3 波形分析

在汽车点火启动过程，电池输出电压即MM3630XV 的输入电压在短时间内快速发生高低波动（见图7 及表2），于此同时，MM3630XV 的输出电压产生了11 V 的瞬态冲击电压（见图6）。

图6

图7

表2 参数和规格对照表

1.4 原因分析

1.4.1 MM3630XV内部框图及说明

在图8 的是依托中，1 为输出电容，2 为BS-SW电压检测回路，3 是MM3630XV IC 外部泄放电阻，4是MM3630XV IC 内部泄放电阻，5 是Soft start 回路，6 是Hide-Side FET。

1.4.2 正常启动时序图

1）正常启动时序说明

1.4.3 产生冲击的异常启动时序图

1）异常启动时序说明

图8

图9 正常启动的时序图

图10 产生冲击的异常启动时序图

1.4.4 冲击发生的详细机理

1）BS-SW 引脚间电压检测

IC 内置有BS-SW 间电压检测回路。当BS-SW 间电压> 4 V，High-side FET 管打开，对SW进行升压，保证V_out 输出。

2）电压反馈

作为ERROR AMP 回路的输入引脚，FB 反馈电压跟踪 SS 电压（V_REF ≦ 0.8 V 典型值），当FB 电压同步跟随SS电压一起达到0.8 V 时，此时如果High-Side FET 导通则输出V_out = 5 V。出现输出产生冲击电压的条件是：当SS 电压>FB 电压，重新启动后FB 电压还在放电至0.16 V 的过程中，当FB 放电完成后会快速跟随SS 电压上升，导致输出出现过电压状态。（详见1.6.3 异常时序）

综上MM3630XV 的输出产生高电压电平需同时满足下记两个条件：

1）V_SS >> V_F_B；( 此条件可以理解成，当V_SS 已经达到0.8 V 时，V_FB 还在放电或者刚放电至0.16 V)；

2）(V_BS-V_SW) > 4 V。