如何设计汽车瞬态和过流保护滤波器 2024-06-14 17:14:03 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。在这篇文章中,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。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。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过流保护INA302-Q1 通过两个独立可调的阈值比较器输出进行过流检测。将低电平有效的比较器输出连接至LM74810-Q1的使能引脚,可使 MOSFET 在出现过流时关断。ALERT2比较器可灵活调节输出信号的延迟,这在正常运行期间出现电流小幅升高、但不必触发过流保护功能时非常有用。你可以通过更改器件DELAY引脚的电容器值来调整延迟持续时间,也可以通过 INA302-Q1 的ILIM引脚来调节过流事件的电流阈值;请参阅图8中的R5。图 8:实现可调节的过压和过流保护低压瞬态保护冷启动和热启动事件会导致系统发生低压瞬变。在这类事件中,输入电压低于输出电压,就会产生负电流。对于需要维持正常运行的系统而言,负电流需要引起注意。由于输出电压会在存在输出电容时降低,因此,要确保电流不会流回电池,需要反向电流阻断功能。由于LM74810-Q1可持续监测Q1 MOSFET A引脚和C引脚之间的压降,因此可提供低压瞬态保护。如图9和10所示,在正常工作期间,Q1两端的电压为正,电流流入负载。在输入电压低于输出电压等可能产生反向电流的场景中,LM74810-Q1会在Q1两端电压达到–4.5mV时快速响应,并关断MOSFET,从而防止产生直流反向电流。图10:当MOSFET两端的压降达到–4.5mV时,驱动Q1逻辑门电路的DGATE将拉低,从而提供反向电流阻断在严苛的汽车环境内实现灵活性通过在输入端提供先进的系统保护,设计人员可提高设计的灵活性。这些保护器件不仅不会影响系统的正常运行,而且在汽车内严苛的电气环境中提供保护,更重要的是,还能通过更多的选择机会,推动汽车系统内其余部分的创新。另外,与分立式方案相比,与上述器件类似的紧凑型双器件保护系统能显著减小总解决方案尺寸。更小的解决方案尺寸可为信息娱乐系统的其他部分提供更多空间,有助于实现更多创新。我们希望此设计不仅能保护您的系统,还能帮助您快速升级设计方案。来源:TI 声明:本文由作者原创,文章内容系作者个人观点,电子发烧友转载仅作为传达一种不同观点,不代表电子发烧友网对该观点的赞同或支持,如有异议,欢迎联系电子发烧友网。 赞 (0) 相关推荐 常见的6款电源设计及原理图做参考 第一款: 如果使用双输出反激式电源在两个输出端子(5V2A和12V3A,均可调±5%)上提供实际功率,则当电压达到12V时,它将进入零负载状态并在此范围内(限制为5%)进行调整,线性稳压器是一个可行的 ... 运用MATLAB和Simulink设计汽车雷达系统 Phased Array System Toolbox™ 提供用于对雷达.无线通信.电子战.声呐和医学成像应用中的传感器阵列系统进行设计.仿真和分析的算法和应用.您可以使用合成或采集数据来设计相控阵系 ... 【技术】新能源汽车空调系统的设计 传统汽车正朝着新能源汽车快速转型发展,空调作为驾乘舒适性功能的基本要求,也势必会随着新能源汽车发展而发展,从空调技术的发展和工作效率来说,热泵型空调系统良好的工作性能将成为重要的发展趋势.本文主要从热 ... 6Sigma设计在汽车设计中的应用 一.在客户需求分析上的应用 在汽车设计中,顾客需求将利用关键质量特性CTQ表征,过程能力要素则需利用关键过程特性CTP表征.为实现顾客需求量化,需要利用对CTQ范围进行确定.为识别顾客的真正需求,还要 ... 未来汽车设计的10种趋势 我们正处于汽车变革的时刻,在过去的一个世纪里,我们可以看到汽油燃烧式.手握方向盘的车辆,而在未来则是由电动.无人驾驶技术驱动的. 未来的汽车会是什么样子的?在这里,我们总结了汽车设计和技术的10种趋势 ... 汽车覆盖件冲压生产车间的规划及设计 来源:冲压帮覆盖件冲压生产具有规模化.成批生产.多品种化的特点:冲压车间.冲压设备和冲压生产线一次性投资大,但适应产品发展变化的通用性较强,产品换型只需模具变化,设备可以通用.冲压生产是一项规模效益递 ... 新能源汽车高压连接器技术、设计及趋势 来源:汽车智库 近年来,由于受到全球经济波动的影响,北美.欧洲和日本连接器市场增长缓慢,而以中国为代表的新兴市场呈现持续增长势头,成为推动全球连接器市场增长的主要动力.为此,全球知名连接器企业纷纷把生 ... 【e汽车】实用哲学遇上年轻设计 试驾广汽丰田YARiS L致享 点击上方 e汽车 关注我们 文 | Auto 微信号 | eautocar "想要空间大一点.油耗低一点.动力强一点.外观漂亮一点,最重要的是还得出自大品牌",我相信很多人都有类似 ... 【e汽车】不是最新平台,没有花哨设计,为何速腾依旧是A+级轿车的“扛把子”? 曾几何时,提到国内市场的A+级轿车,我的第一反应就是:速腾. 即使现在,说起A+级轿车,很多人首先想到的依然是:速腾.从2006年速腾上市,"先入为主"的优势加上产品本身出色的品质 ... 【e汽车】荣威i6 MAX设计解析:美到极致是国潮 罐头是在1810年发明出来的,可是,罐头开瓶器却在1858才被发明出来,很奇怪吧? 鸡汤文会说:"真正好的东西总是迟来一步."可是,为什么呢? 仔细想问题的源头,可知一二.罐头的用 ...