基于NCV8852的车载USB电源设计

发布时间：2014-02-14 阅读量：946 来源: 发布人:

【导读】在目前的车载娱乐系统中，USB接口已经成为系统的标配。车载USB系统的架构为：从汽车蓄电池取电，经过降压电路后得到5V的稳定电压。今天介绍一款基于NCV8852车载USB系统设计方案，NCV8852是一款外接P沟道MOSFET的非同步BUCK 控制器。输入电压可高达44V，适用于12V蓄电池系统。

车载USB系统的架构为：从汽车蓄电池取电，经过降压电路后得到5V的稳定电源，提供给USB的VBUS。汽车蓄电池的电压并不是一个稳定的电压，其变化范围是非常大的，以小型乘用车为例，其蓄电池电压典型值为13V，电压范围为9~16V，在启停等恶劣情况下，会低至6V，甚至更低。不少整车厂对USB电源有着非常严苛的要求，6V电池电压下要保证5V输出，考虑到输入端的反极性保护及线损，USB电源的输入端电压会更低。这对车载USB电源的设计是个挑战。

方案详细资料下载：点击这里

Buck电路是最常用的降压开关电源。图1所示为非同步的Buck电路。

图1. 非同步buck电路结构

其工作原理为，当上管S1开通时，电源VIN向负载供电，电感L1储能，电感上的电压为VIN-VO。当上管S1关闭后，电感L1向负载提供能量，电感上的电压为-VO。图二所示为电流连续模式下的BUCK电路的工作原理及波形。

NCV8852是一款外接P沟道MOSFET的非同步BUCK 控制器。输入电压可高达44V，适用于12V蓄电池系统。采用峰值电流控制，系统易于稳定，响应快。可通过在ROSC管脚外接电阻将工作频率设定在100kHz 到500kHz。图4为NCV8852的典型应用电路。ISNS管脚检测上管电流，用于峰值电流控制以及过流保护。COMP管脚为误差放大器的输出，外接RC电路以补偿环路。

图2. NCV8852的典型应用电路

用NCV8852设计USB电源，输入电压范围VIN=5.7~16V，典型值VIN_TYP=12V, 输出电压VO =5V，输出电流IO=2.5A, 工作频率fs=170kHz.
Buck 电路工作的最恶劣条件为输入电压最高时，此时其电流纹波最大，峰值电流最高。

1. 设定工作频率
NCV8852的工作频率，可根据如下公式设定：

2. 占空比
最高工作电压下，占空比最小为：

3. 选择电感
电感主要有纹波电流ΔI决定。通常将ΔI设定为典型输入电压下，最大输出电流的30%~50%，这里取为30%。

4．选取电流检测电阻

VCL: 过流门限电压，为100mV.ICL:过流保护电流值，设定限流值为最大峰值电流的1.3~1.5倍。

5. MOSFET选择
MOSFET承受的最高电压为 VINMAX , 考虑到抛负载保护，选取耐压40V以上的MOS。MOSFET的损耗。

6．续流二极管的选择
续流二极管上的最大反向压降为VINMAX ,流过二极管的最大峰值电流为2.96A，流过二极管的最大平均电流为

建议二极管正向电流为流过二级管的平均电流的1.5倍。这里选取ONSEMI的MBRA340, 最大正向平均电流为3A，反向耐压40V， SMA封装，参考热阻为81oC/W。2.5A，100oC结温时的正向导通压降约为0.32V。

7. 输出电容的选择
输出电容纹波主要由两部分组成，一部分为电容ESR产生的纹波，另一部分为电容产生的纹波。如果选取电解电容，需要保证输出电容电流的有效值要小于电解电容允许的最大纹波电流。

8. 补偿电路的设定
NCV8852采用峰值电流模式控制。考虑简化的峰值电流模型（不考虑斜坡补偿）。如图3所示：

图3 简化的峰值电流模型

图4 NCV8852 5V，2.5A 车载USB电源设计实例电路图

图5 NCV8852电路实测工作波形

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