TI博文--如何设计汽车瞬态和过流保护滤波器

1万 · 2020-12-14 16:53

如今在世界的某个地方，已经有汽车工程师开始构想新的汽车信息娱乐系统，但该系统在未来五年或更长时间内不会实现。这是因为，信息娱乐系统应用对电源有很多要求，而且该应用目前仅处于概念阶段。随着信息娱乐系统具有日益复杂的电子功能，其所需的集成电路(IC)数量越来越多，而且这些IC都会共享12V电池的功率。

设计电源架构时需要加入电源调节和保护功能，这样才能确保系统在出现各种瞬态事件时良好运行。

在这篇**中，我将介绍应该注意的几种典型瞬态，以及TI如何帮助满足瞬态保护需求。

浏览此**，并查看参考设计：

《汽车瞬态和过流保护滤波器参考设计》

1万 · 2020-12-14 16:54

典型瞬态

在四种常见场景中可能会发生瞬变。

图1所示为第一种场景，即在交流发电机给电池充电的过程中，电池断开导致的负载突降事件。负载突降会导致电压上升；交流发电机的集中式钳位电路将出现35V的最大电压。

图1：12V系统的负载突降曲线

图2所示为第二种场景，即电源断开时，在与电感负载并联的模块中产生较大的负电压峰值（如国际标准化组织 [ISO]7637-2测试脉冲1）。

图2：ISO 7637-2测试脉冲

图3所示为第三种场景，即系统的大容量电容在启动期间导致浪涌电流，它会在电容器充电时引发更大的电流。

图3：启动期间的浪涌电流曲线（具有较大的容性负载）

第四种场景是电池电压降低。图4所示为冷启动，即发动机在环境温度低的条件下启动。

图4：典型的冷启动波形

1万 · 2020-12-14 17:47

瞬态保护

提供瞬态保护的一种方法是使用理想二极管控制器。如图5所示，使用电流感应放大器和理想二极管控制器可以实现额外的过流保护，从而提供优于滤波和电源调节的全面保护解决方案。

图5：汽车瞬态和过流保护滤波器保护方框图

1万 · 2020-12-14 17:48

负载突降保护

LM74810-Q1 利用过压可调节特性，可在不需要的负载突降事件中提供保护。如图6所示，LM74810-Q1的OV引脚可使用比较器发送出现过压事件的信号。这会断开用于驱动Q2金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的HGATE电压。额定电压较低的下游元件没有输入端发生瞬变时所需的电压范围，而将连接至OV引脚的电阻分压器调整至您所需的阈值，则可以使用此类下游元件。LM74810-Q1器件的额定输入电压最大为65V，可在发生35V峰值电压的瞬态事件时继续工作。

图6：具有过压保护功能的LM74800典型方框图

1万 · 2020-12-14 17:50

负电压瞬态保护

LM74810-Q1，连同适当的MOSFET和输入端瞬态电压抑制器(TVS)，可在发生ISO 7637-2测试脉冲1等高负电压瞬变时为系统提供保护。如果输入电压为负，则LM74810-Q1关断并将DGATE拉低。然后，图6中Q1的体二极管为系统提供反向电压保护，并防止产生负电流。一旦输入电压恢复标称值，LM74810-Q1则重新导通，并使MOSFET正常工作。

TVS二极管可在ISO 7637-2测试脉冲1（典型值100V或以上）产生较大的负电压尖峰时保护LM74810-Q1。输入端TVS的击穿电压应在35V负载突降和LM74810-Q1的65V最大额定电压之间。出现负电压时，TVS二极管击穿电压应高于电池反向连接时的电压，同时也要低至使TVS的负钳位电压不超过Q1 MOSFET两端的电压。

1万 · 2020-12-14 17:50

浪涌电流限制

LM74810-Q1具有浪涌电流限制功能，可在启动期间控制电流大小。输出端电容会限制电流，从而确保元件内不会流经超出安全工作范围内的电流。

如图7所示，向LM74810-Q1的HGATE引脚添加电阻电容(RC)可减慢启动期间的HGATE电压斜升，从而实现浪涌电流限制。

图7：通过LM7480x-Q1提供浪涌电流限制功能

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