汽车电子保护电路设计

1、.：.；汽车电子维护电路设计 汽车环境对电子产品而言是非常苛刻的：任何衔接到12V电源上的电路都必需任务在9V至16V的标称电压范围内，其它需求迫切应对的问题包括负载突降、冷车发动、电池反向、双电池助推、尖峰信号、噪声和极宽的温度范围。在负载突降时，交流发电机的输出电压迅速升高到60V或更高的电压；冷车发动指的是在低温时起动汽车，这会引起电池电压下降至6V或更低；电池反向是在激活一个没电的电池时，由于大意地将电缆极性接反呵斥的。很多牵引车都配备两个串联起来的12V电池，以在冰冷的天气中协助 起动一个电池没电的汽车。这将使电气系统的电压范围提高到了28V，直到汽车起动且牵引车司机断开跨接电缆为止

2、。 思索到汽车电气系统由大电流电动机、继电器、螺线管、车灯和不断颤抖的开关触点组成，因此出现尖峰信号和噪声就一点也不奇异了。另外，交流发电机是采用斩波励磁调整的三相电机，有时会以非常大的电流对电池充电。因此，对于任务在汽车环境中的电路设计来说，尤其是需求顺应在负载突降和双电池助推情况下产生的高输入电压电路。 无源维护电路 用于汽车电子产品的无源维护网络如图1所示。与此一样或类似的电路广泛用于维护与汽车 12V 总线衔接的各种系统。这种网络防止高压尖峰、继续过压、电池反向和电流过度耗费呵斥损害。图1的电流维护作用很明显，假设负载电流超越1A的时间很长，保险丝F1就会熔化。D1与F1结合防止电池反

3、向衔接呵斥损害，大电流流经正向偏置的D1并烧断保险丝。电解电容器大约在额定电压的150%时有一个有趣的特性：随着终端电压的提高，这种电容耗费的电流也越来越大，就C1而言，它在输入继续升高时起箝位作用(最终烧断保险丝)。双电池助推时的电压为28V左右，这不会烧断保险丝，由于C1 25V的额定值足够高，额外耗费的电流很少。电感器添加了很小的电阻，以限制峰值缺点电流以及输入瞬态的转换率，从而在存在尖峰时协助 C1实现箝位。 无源网络的主要缺陷是它依托烧断保险丝来防止过流、过压和电池反向呵斥损害。另一个缺陷是，它依托电解电容实现箝位。这种电容器老化以后，电解质会变干，等效串联电阻(ESR)提高的特性也

4、就消逝了，这会损害箝位效果。有时D1采用大的齐纳二极管以协助 这个电容器发扬作用。人们曾经设计出了有源电路来抑制这些缺陷。 有源电路 图2显示了一个有源处理方案，该方案用于屏蔽敏感电路，使其免受变化不定的12V汽车系统的影响。采用 HYPERLINK ic37/partno/LT1641.htm o LT1641货源和PDF资料 t _blank LT1641来驱动输入N沟道 HYPERLINK ic37/stockic/M/MOSFET.htm o MOSFET货源和PDF资料 t _blank MOSFET，而上述提供无源处理方案就不具备这种附加维护：首先， HYPERLINK ic37/

5、partno/LT1641.htm o LT1641货源和PDF资料 t _blank LT1641在输入低于9V时断开负载，以防在低输入电压时系统失灵，并在起动时或充电系统出现缺点时，减少系统向非关键负载提供珍贵的电流的时机；其次， HYPERLINK ic37/partno/LT1641.htm o LT1641货源和PDF资料 t _blank LT1641在初次加电时逐渐升高输出电压，对负载实行软启动；第三，经过限流和定时断路器维护输出免受过载和短路影响。假设发生电流缺点，断路器就以1至2Hz的速率自动重新尝试建立衔接，可以设定维护电路上行线路保险丝的容限，让它在 HYPERLINK

6、ic37/partno/LT1641.htm o LT1641货源和PDF资料 t _blank LT1641的下行线路出现电流缺点时不熔化；最后，图2所示电路隔离出如今输入端的过压形状，同时提供箝位输出，以便负载电路在出现过压时能继续正常任务。 在12V输入的通常情况下， HYPERLINK ic37/partno/LT1641.htm o LT1641货源和PDF资料 t _blank LT1641将 HYPERLINK ic37/stockic/M/MOSFET.htm o MOSFET货源和PDF资料 t _blank MOSFET的栅极充电至大约20V以充分提升 HYPERLINK

7、ic37/stockic/M/MOSFET.htm o MOSFET货源和PDF资料 t _blank MOSFET的电压，并向负载提供电源。27V齐纳二极管D1的两端分别衔接栅极与地，但是在9至16V的任务电压范围内不起作用。当输入升高到超越16V时， HYPERLINK ic37/partno/LT1641.htm o LT1641货源和PDF资料 t _blank LT1641继续给 HYPERLINK ic37/stockic/M/MOSFET.htm o MOSFET货源和PDF资料 t _blank MOSFET的栅极充电，试图坚持 HYPERLINK ic37/stockic/M

8、/MOSFET.htm o MOSFET货源和PDF资料 t _blank MOSFET完全接通。假设输入升得太高，齐纳二极管就会对 HYPERLINK ic37/stockic/M/MOSFET.htm o MOSFET货源和PDF资料 t _blank MOSFET的栅极箝位，并将输出电压限制在大约24V。 HYPERLINK ic37/partno/LT1641.htm o LT1641货源和PDF资料 t _blank LT1641本身在其输入端可以处置高达100V的电压，而且不受栅极箝位动作的影响。栅极箝位电路比无源处理方案的箝位电路准确得多，而且简单地经过选择一个具有适宜击穿电压的

9、D1，就可以轻松调整栅极箝位电路以满足负载要求。 图2所示电路在负载电流高达1A左右时任务得很好，但是就更高的负载电流而言，引荐运用图3所示电路来防止 HYPERLINK ic37/stockic/M/MOSFET.htm o MOSFET货源和PDF资料 t _blank MOSFET过度耗费功率。假设过压形状继续存在，如电气系统由两个串联电池供电的时间超越通常所需时间，或负载突降后电流慢速上升以及 HYPERLINK ic37/stockic/M/MOSFET.htm o MOSFET货源和PDF资料 t _blank MOSFET较小时，那么过度耗费功率是有风险的。输出由D1和D2取样，

10、假设输入超越16.7V，那么就向“SENSE引脚反响一个信号，以将输出稳定在16.7V。这里的调理比图1所示电路的调理更准确，并且可以经过选择适宜的齐纳二极管轻松定制，以满足负载的需求。 图 1：以简单性为特点的无源维护网络 图 2：过压瞬态维护器将输出箝位在24V左右，假设输入降至低于9V就断接 总的功耗由“TIMER引脚限制，这个引脚记录 HYPERLINK ic37/stockic/M/MOSFET.htm o MOSFET货源和PDF资料 t _blank MOSFET调理输出所用的总时长。假设过压形状继续超越15ms，那么 HYPERLINK ic37/partno/LT1641.h

11、tm o LT1641货源和PDF资料 t _blank LT1641就停机并允许 HYPERLINK ic37/stockic/M/MOSFET.htm o MOSFET货源和PDF资料 t _blank MOSFET停顿输出调理。在大约半秒钟以后，该电路尝试重新启动。这种重启周期不断继续，直到过压形状消逝并恢复正常任务为止。处置过流缺点的方法与图2描画的方法一样。 电池反向维护 简单地添加一个串联二极管，就可以给图2或图3所示电路添加电池反向维护功能。 图 3：调整箝位电压以在输入浪涌上升时箝位，维护 HYPERLINK ic37/stockic/M/MOSFET.htm o MOSFET

12、货源和PDF资料 t _blank MOSFET免受功率过度耗费的影响 在大多数情况下，采用普通p-n二极管就可以，假设正向压降很重要，可以选择肖特基二极管。在隔离二极管中的功耗不可接受的关键运用中，图4所示的简单电路就可以处理这个问题。 图 4：用于图2和图3的电池反向维护 在正常任务情况下， HYPERLINK ic37/stockic/M/MOSFET.htm o MOSFET货源和PDF资料 t _blank MOSFET Q2的体二极管正向偏置，并传送功率至 HYPERLINK ic37/partno/LT1641.htm o LT1641货源和PDF资料 t _blank LT16

13、41。 HYPERLINK ic37/partno/LT1641.htm o LT1641货源和PDF资料 t _blank LT1641接通时，Q2栅极获得驱动，从而完全接通。假设输入反向，那么Q3的射极就被拉低至低于地电平，Q3接通，从而将Q2的栅极拉低并坚持其接近Q2的源极电平。在这种情况下，Q2坚持断开形状，并隔离反向输入，使其不能到达 HYPERLINK ic37/partno/LT1641.htm o LT1641货源和PDF资料 t _blank LT1641和负载电路。微安级电流流经1M电阻，到达 HYPERLINK ic37/partno/LT1641.htm o LT164

14、1货源和PDF资料 t _blank LT1641的“GATE引脚。 高压LDO，可延伸电池寿命 target=_blankLDO用作电压限幅器 最高输入电压额定值为25V或更低的降压稳压器(如 HYPERLINK ic37/ic/LT1616.htm o LT1616货源和PDF资料 t _blank LT1616)普通不思索用于汽车运用。然而，假设与 LT3012B/LT3013B等低压差(LDO)线性稳压器结合运用，在输入电压上的缺陷就可以轻松抑制。这种尺寸小、效率高的组合如图5所示，可以在汽车环境中提供3.3V输出。 图 5：LT3013B用作电压限幅器 LT3013B拥有4V至80V

15、的宽输入电压范围，并集成了电池反向维护功能，无需特殊电压限制或箝位电路，因此节省了本钱和电路板面积。在以适中的负载电流任务时，LDO稳压器的效率近似等于VOUT/VIN。假设VOUT比VIN低得多，那么LDO的效率就会下降。例如，将12V输入降至3.3V输出时，效率仅为28%。 在图5中，经过让LT3013B在正常输入电压范围内以低压差方式任务实现更高的效率。在这种情况下，LT3013B的输出电压设定为24V。该LDO的输出电压仅比VIN低400mV，它以97%的效率为 HYPERLINK ic37/ic/LT1616.htm o LT1616货源和PDF资料 t _blank LT1616降

16、压型稳压器供电，而且电压恰好在正常任务电压范围的中间。在负载突降情况下，VIN能够迅速升至高达80V，但是在VIN超越24.4V时，LT3013B将调整它的输出，并将其有效地“限制在24V，这刚好在 HYPERLINK ic37/ic/LT1616.htm o LT1616货源和PDF资料 t _blank LT1616开关的额定电压范围内。假设VIN上升至高于24.4V，该LDO的效率会下降，但是这种情况继续时间很短，不会产生什么不良后果。 HYPERLINK ic37/ic/LT1616.htm o LT1616货源和PDF资料 t _blank LT1616将LT3013B遭到限制的输出转换为3.3V。在12V输入时，该开关的效率大约为80%。在冷车发动时，汽车的电压能够降低至5V。在这种情况下， HYPERLINK ic37/ic/LT1616.htm o LT1616货源和PDF资料 t _blank LT1616的输入电压为4.6V，恰益处于它的任务电压范围之内。LT3013B LDO稳压器与 HYPERLINK ic37/ic/