前端“预升压” 美信车载电源系统供电设计

15005，假设冷启动期间能够保持在较高电压。选择R5 = 100kΩ，利用下式计算R4：

　　（式16）

　　R4选择为300kΩ标准电阻。

　　2、过压输入（OVI）

　　按照前面有关MAX16952的讨论，OUTA不能低于11.11V，以保持MAX16952的最小压差要求。考虑到该电压阈值，以及L1、D2产生的压降，MAX1005必须在输入电压低于11.5V时开启。而为了优化效率，正常输入电压（IN=12V）下，MAX15005必须关闭。

　　为了达到这一目的，利用IN、OVI、GND引脚之间的分压电阻设置过压门限，正确开启或关闭MAX15005。MAX15005在OVI引脚电压超过1.228V阈值时关闭，OVI引脚电压比1.228V阈值电压低125mV时，再次开启。选择低边电阻R2 = 20kΩ，考虑到在输入电压高于11.6V时MAX15005关断，按照下式选择R1：

　　（式17）

　　选择R1为170kΩ标准电阻，则当主电源超出11.67V时关断MAX15005，相对于常规电压12V，预留330mV的裕量。考虑到OVI比较器的滞回，可以按照下式估算电压下限，即当主电源电压下降到下式决定的数值时开启MAX15005：

　　（式18）

　　由此可见，比较器的滞回过大，需要将主电源的电压跌落门限调整到至少11.5V。可以在OVI引脚与SS引脚之间增加一个串联电阻R3和肖特基二极管D1。当关断MAX15005时，SS引脚在内部接地，使得R3与R2并联，从而减小滞回。选择R3 = 180kΩ，忽略二极管压降，则可得到新的电压跌落阈值：

　　（式19）

　　按照这一配置，可以得到所要求的开启/关闭MAX15005的输入电压阈值。另一方法可以使用外部比较器监测主电压，用其直接驱动OVI引脚。

　　3、输出电压

　　图4. MAX15005电感电流。

　　为了维持2MHz的开关频率，须注意tON最小值为170ns （参见MAX15005数据资料）。最小tON对应于34%的最小占空比（2MHz开关频率下），这限制了MAX15005的最小稳压输出。估算电压阈值时，有必要考虑boost稳压器的占空比公式：

　　（式20）

　　当输入电压VIN达到最大值11.67V时，对应于最小占空比，且MAX15005保持工作。按照之前的公式可以估算MAX15005的最小稳压输出：

　　（式21）

　　计算考虑了最小占空比、最大输入电压条件，假设D2压降为0.3V，忽略NMOS管N1上的压降。由此，MAX15005必须将输出电压稳定在17.38V以上，以保证任何条件下维持2MHz的开关频率。

　　选择低边反馈电阻R13 = 10kΩ，计算高边反馈电阻R14：

　　（式22）

　　其中，VFB（MIN） = 1.215V。

　　最后，选择R14 = 137kΩ （1%误差），MAX15005最小稳压输出为：

　　（式23）

　　可确保MAX15005始终工作在2MHz开关频率。

　　假设MAX16952的输出功率为20W （8V，2.5A）、效率为90%，MAX15005的输出功率必须在至少22.3W。考虑到17.53V的稳压输出，MAX15005的平均输出电流为 1.27A。如果MAX15005输出电压设置在更高值，则会降低输出电流。D2可以选用低成本的肖特基二极管，输出电容C7必须能够支持MAX15005的稳压输出。

　　4、同步和最大占空比

　　为了保证MAX15005开关频率的外同步，外部时钟频率必须比内部振荡频率高出至少102%。选择R6 = 7kΩ、C4 = 100pF，MAX15005内部振荡频率约为1MHz，外部同步时钟频率为2MHz。

　　当SYNC输入检测到同步信号的上升沿时，C4通过内部1.33mA （典型值）电流源放电。该电容（RTCT引脚）电压达到500mV时，C4通过R6充电（R6连接在VREG5引脚），直到检测到下一个同步信号的上升沿。放电时间（TDISCHARGE）决定了稳压器的最小关断时间tOFF。如果时间小于160ms，则将最小tOFF钳制在160ns。实际上，假设充电时间（TCHARGE）为340ns （TP = 500ns），RTCT电压升至：

　　（式24）

　　考虑到放电电流为615µA¹，在RTCT引脚增加的放电时间为：

　　（式25）

　　最小tOFF = 160ns对应的最大占空比为68%。当最大占空比受限制时（输入电压较低，这里为5V），根据boost占空比公式（式20），MAX15005在OUTA端能够提供的最大稳定电压是：

　　（式26）

　　此电压确保MAX16952在超出电压跌落条件限制时仍可正常工作。

　　5、电感选择

　　合理选择电感值，以满足boost转换器的最小输出电流要求。为保证稳压器始终工作在连续模式，最小电感值为：

　　（式27）

　　此设计中，最差工作条件发生在VIN的最大输入电压（11.67V）下，对应占空比为37%。

　　配合8V、最小输出电流为1A、效率为90%的buck转换器工作时，boost转换器的最小输出功率为9.44W，对应的最小输出电流IOUTA（MIN）为538mA。综合这些因素，根据前面的公式计算得到1.32µH电感值。此设计中选择L1 = 2.2µH。

6、电流检