引言
工作在汽車領域的電子工程師遲早會面臨“啟動測試脈沖”問題。這些測試脈沖說明了發動機啟動過程中的電池壓降，所有汽車制造商對此都有其自己的標準。電池上連接有大量的電子產品電路，因此它們會受到這一事件的影響。在導航或多媒體系統等一些應用中，人們不希望、甚至無法接受由于輸入電壓下降而導致的工作中斷。在這種情況下，升壓轉換器大多數布置在電路前面，以便為電子產品提供穩定的輸入電壓。
在開發過程中，必須測試前置升壓轉換器的功能性，才能確保為負載點轉換器等后續電子產品實現快速啟動以及干凈穩定的輸出電壓。這類應用的典型解決方案是德州儀器(TI) 的 TPS43330，其可提供兩個同步降壓轉換器和一個升壓轉換器。電池電壓可直接連接至升壓轉換器，而兩個降壓轉換器則連接至該升壓轉換器的輸出端。
只要電池電壓下降至一個可調閾值以下，升壓轉換器就會啟動，為降壓轉換器提供 7V、10V 或 11V 的恒定電壓。
很多制造商都提供測試系統來仿真啟動脈沖，但可惜它們也有一定的“商業”價格。要測試具有不同標準化起動脈沖的、輸入功率高達 50W 的汽車電子系統，可使用以下所示低成本小型啟動仿真器。
規范
從根本上講，需要一個高度靈活的可編程、任意信號發生器，其可覆蓋 2 至 15V的輸出電壓范圍和 50W 的最大輸出功率，這些需求可分為三個部分。
對于電源部分而言，降壓轉換器是正確的選擇，因為無需電流隔離，而且它通?？蔀樗蟹歉綦x式拓撲實現最大的穩壓帶寬。由于輸出電壓在 2 至 15V 的范圍內，因此 24V DC 輸入電壓就是理想的電壓，在每一個實驗室都能找到的標準電源就可提供這樣的電壓。
要增大降壓轉換器的輸出電壓，只需提高占空比，電感器內的電流方向保持不變即可。如果輸出電壓必須極速降低，只降低占空比是不夠的，還必須通過讓輸出電容器放電來盡快達到所需的最新輸出電壓。
圖1 是非同步與同步降壓轉換器的功率級。在非同步拓撲中使用的二極管只允許單向電流流過。如果將該二極管替換為FET，則在輸出電容器上的電壓高于新設定值時，降壓控制器就會連續接通該低側FET。然后電流流過電感器的方向會發生變化，而輸出電容器則可通過將其經由電感器連接至接地來實現放電。
圖1. 非同步與同步降壓轉換器
當然，在占空比可以非常低而輸出電流為高的此類應用中，同步降壓可提供比非同步方案高得多的效率，因為在非同步方案中，二極管的正向壓降可引起高損耗。
圖2. 降壓轉換器的占空比
要對輸出電壓實現快速穩壓，就必須禁用控制器的任何‘二極管仿真’或‘電源安全模式’，使轉換器始終保持在連續導通模式下。與斷續導通模式相比，這種‘強制PWM 模式’可增加低負載損耗，但對于該應用而言，沒有任何作用。
TI 的TPS40170 電壓模式降壓控制器符合所有要求，而且所集成誤差放大器的高帶寬（典型值為10 MHz）還可實現輸出電壓的快速變化。
第二部分的內容包括輸出電壓的變量及其快速變化。有幾種方法可改變工作過程中的輸出電壓，但可能最快的方法是為數字信號處理器(DSP) 供電。根據處理器負載調節內核電壓，可增強計算功能或降低損耗。這通常由一個動態電壓識別(VID) 接口完成，如圖3 所示。
圖3. VID 接口
通過改變參考電壓或電壓（其可與參考電壓進行比較）可改變轉換器的輸出電壓。由于參考電壓大多是固定的，而且不可通過控制器訪問，因此必須使用第二種方法。
將幾款附加電阻器與該分壓器的低側電阻器并聯布置，它就可通過小型FET 進行開關。
在該電路中，增加8 個附加電阻器和FET，可在2V 至15V 輸出電壓范圍內產生51mV的分辨率。
TI 微控制器MSP430F2274 可用來控制整個系統。三種不同標準的啟動脈沖（戴姆勒克萊斯勒發動機起動測試脈沖DC-10615、大眾冷啟動測試脈沖以及熱啟動測試脈沖VW80000）均在該MCU 中進行了硬編程，它們既可按單脈沖觸發，也可按相同脈沖序列觸發，其間延遲可調。此外，該MCU 還可處理由幾個按鈕和LED 組成的用戶界面。
固件不僅可采用C 語言進行編程，而且還顧及了評論良好的模塊化結構。即使沒有什么編程經驗，讓源代碼適應您自己的需求（例如改變脈沖形狀）也沒有問題。開發環境“Code Composer Studio”可從ti.com 上免費下載，可用來編程微控制器，并可使用TI 低成本 MSP430 LaunchPad。
有源反極性保護與觸發器輸入輸出等部分電路外設可使該電路更穩健、更簡單易用，以充分滿足實驗室日常使用需求。
測量
有關快速電壓變化（大眾冷啟動測試脈沖）的最關鍵脈沖如圖4 所示。連接至輸出的是50W 恒定負載，在測試脈沖開始時，輸出電壓必須在1 ms 內從11V降低到3.2V。
通道2（紅色）是輸出電壓，而通道1（黃色）則是輸出電流。由于負載是恒定的，因此在電壓下降時，電流必須相應上升。該脈沖下的峰值輸出電流是26A，如圖5 所示。
圖4. 大眾冷啟動測試脈沖
圖5. 在50W 恒定負載下，輸出電壓從11V 變成3.2V
為了顯示該系統的性能，對鋸齒波形進行了編程。圖6 中的通道2（紅色）是在50W 恒定負載下從2V 直線上升至15V 的輸出電壓。只是從2V 到15V 的極度電壓變化不太完美，但也很不錯。
圖6. 在10ms 周期內，從2V 到15V 的鋸齒形波
結論
這里顯示的系統已經在日常實驗室使用中經過驗證，能夠高度可靠地完成各項任務。它雖然是一個低成本的小型解決方案，但在用于測試導航與多媒體系統等汽車電子產品的啟動輸入脈沖時，表現出了優異的性能。
原理圖、材料清單、布局以及軟件等有關該項目的所有信息已在ti.com 網站上的PMP7233 目錄下提供。