設計電源架構時需要加入電源調節和保護功能，這樣才能確保係統在出現各種瞬態事件時良好運行。

 

在這篇文章中，我將介紹應該注意的幾種典型瞬態，以及TI如何幫助滿足瞬態保護需求。

 

典型瞬態

 

在四種常見場景中可能會發生瞬變。

 

圖1所示為第一種場景
，即在交流發電機給電池充電的過程中，電池斷開導致的負載突降事件。負載突降會導致電壓上升
；交流發電機的集中式鉗位電路將出現35V的最大電壓。

 

圖1：12V係統的負載突降曲線

 

圖2所示為第二種場景，即電源斷開時
，在與電感負載並聯的模塊中產生較大的負電壓峰值（如國際標準化組織 [ISO]7637-2測試脈衝1）。

 

圖2：ISO 7637-2測試脈衝

 

圖3所示為第三種場景
，即係統的大容量電容在啟動期間導致浪湧電流，它會在電容器充電時引發更大的電流。

 

圖3：啟動期間的浪湧電流曲線（具有較大的容性負載）

 

第四種場景是電池電壓降低。圖4所示為冷啟動，即發動機在環境溫度低的條件下啟動。

 

圖4：典型的冷啟動波形

 

瞬態保護

 

提供瞬態保護的一種方法是使用理想二極管控製器。如圖5所示，使用電流感應放大器和理想二極管控製器可以實現額外的過流保護，從而提供優於濾波和電源調節的全麵保護解決方案。

 

圖5：汽車瞬態和過流保護濾波器保護方框圖

 

負載突降保護

 

LM74810-Q1 利用過壓可調節特性，可在不需要的負載突降事件中提供保護。如圖6所示
，LM74810-Q1的OV引腳可使用比較器發送出現過壓事件的信號。這會斷開用於驅動Q2金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)的HGATE電壓。額定電壓較低的下遊元件沒有輸入端發生瞬變時所需的電壓範圍，而將連接至OV引腳的電阻分壓器調整至您所需的閾值，則可以使用此類下遊元件。LM74810-Q1器件的額定輸入電壓最大為65V
，可在發生35V峰值電壓的瞬態事件時繼續工作。

 

圖6：具有過壓保護功能的LM74800典型方框圖

 

負電壓瞬態保護

 

LM74810-Q1，連同適當的MOSFET和輸入端瞬態電壓抑製器(TVS)，可在發生ISO 7637-2測試脈衝1等高負電壓瞬變時為係統提供保護。如果輸入電壓為負
，則LM74810-Q1關斷並將DGATE拉低。然後，圖6中Q1的體二極管為係統提供反向電壓保護
，並防止產生負電流。一旦輸入電壓恢複標稱值，LM74810-Q1則重新導通，並使MOSFET正常工作。

 

TVS二極管可在ISO 7637-2測試脈衝1（典型值100V或以上）產生較大的負電壓尖峰時保護LM74810-Q1。輸入端TVS的擊穿電壓應在35V負載突降和LM74810-Q1的65V最大額定電壓之間。出現負電壓時，TVS二極管擊穿電壓應高於電池反向連接時的電壓，同時也要低至使TVS的負鉗位電壓不超過Q1 MOSFET兩端的電壓。

 

浪湧電流限製

 

LM74810-Q1具有浪湧電流限製功能

，可在啟動期間控製電流大小。輸出端電容會限製電流，從而確保元件內不會流經超出安全工作範圍內的電流。

 

如圖7所示，向LM74810-Q1的HGATE引腳添加電阻電容(RC)可減慢啟動期間的HGATE電壓斜升，從而實現浪湧電流限製。

 

圖7：通過LM7480x-Q1提供浪湧電流限製功能

 

 

過流保護

 

INA302-Q1 通過兩個獨立可調的閾值比較器輸出進行過流檢測。將低電平有效的比較器輸出連接至LM74810-Q1的使能引腳，可使 MOSFET 在出現過流時關斷。ALERT2比較器可靈活調節輸出信號的延遲
，這在正常運行期間出現電流小幅升高、但不必觸發過流保護功能時非常有用。你可以通過更改器件DELAY引腳的電容器值來調整延遲持續時間，也可以通過 INA302-Q1 的ILIM引腳來調節過流事件的電流閾值
；請參閱圖8中的R5。

 

圖 8：實現可調節的過壓和過流保護

 

低壓瞬態保護

 

冷(leng)啟(qi)動(dong)和(he)熱(re)啟(qi)動(dong)事(shi)件(jian)會(hui)導(dao)致(zhi)係(xi)統(tong)發(fa)生(sheng)低(di)壓(ya)瞬(shun)變(bian)。在(zai)這(zhe)類(lei)事(shi)件(jian)中(zhong)，輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)低(di)於(yu)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)，就(jiu)會(hui)產(chan)生(sheng)負(fu)電(dian)流(liu)。對(dui)於(yu)需(xu)要(yao)維(wei)持(chi)正(zheng)常(chang)運(yun)行(xing)的(de)係(xi)統(tong)而(er)言(yan)，負(fu)電(dian)流(liu)需(xu)要(yao)引(yin)起(qi)注(zhu)意(yi)。由(you)於(yu)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)會(hui)在(zai)存(cun)在(zai)輸(shu)出(chu)電(dian)容(rong)時(shi)降(jiang)低(di)，因(yin)此(ci)
，要(yao)確(que)保(bao)電(dian)流(liu)不(bu)會(hui)流(liu)回(hui)電(dian)池(chi)，需(xu)要(yao)反(fan)向(xiang)電(dian)流(liu)阻(zu)斷(duan)功(gong)能(neng)。

 

由於LM74810-Q1可持續監測Q1 MOSFET A引腳和C引腳之間的壓降，因此可提供低壓瞬態保護。如圖9和10所示，在正常工作期間，Q1兩端的電壓為正，電流流入負載。在輸入電壓低於輸出電壓等可能產生反向電流的場景中，LM74810-Q1會在Q1兩端電壓達到–4.5mV時快速響應，並關斷MOSFET

，從而防止產生直流反向電流。 

 

圖9：LM74810-Q1監測Q1 MOSFET兩端的壓降

，從而確保不產生直流反向電流

 

圖10：當MOSFET兩端的壓降達到–4.5mV時，驅動Q1邏輯門電路的DGATE將拉低
，從而提供反向電流阻斷

 

在嚴苛的汽車環境內實現靈活性

 

通(tong)過(guo)在(zai)輸(shu)入(ru)端(duan)提(ti)供(gong)先(xian)進(jin)的(de)係(xi)統(tong)保(bao)護(hu)，設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)可(ke)提(ti)高(gao)設(she)計(ji)的(de)靈(ling)活(huo)性(xing)。這(zhe)些(xie)保(bao)護(hu)器(qi)件(jian)不(bu)僅(jin)不(bu)會(hui)影(ying)響(xiang)係(xi)統(tong)的(de)正(zheng)常(chang)運(yun)行(xing)，而(er)且(qie)在(zai)汽(qi)車(che)內(nei)嚴(yan)苛(ke)的(de)電(dian)氣(qi)環(huan)境(jing)中(zhong)提(ti)供(gong)保(bao)護(hu)，更(geng)重(zhong)要(yao)的(de)是(shi)，還(hai)能(neng)通(tong)過(guo)更(geng)多(duo)的(de)選(xuan)擇(ze)機(ji)會(hui)
，推(tui)動(dong)汽(qi)車(che)係(xi)統(tong)內(nei)其(qi)餘(yu)部(bu)分(fen)的(de)創(chuang)新(xin)。

 

另(ling)外(wai)，與(yu)分(fen)立(li)式(shi)方(fang)案(an)相(xiang)比(bi)
，與(yu)上(shang)述(shu)器(qi)件(jian)類(lei)似(si)的(de)緊(jin)湊(cou)型(xing)雙(shuang)器(qi)件(jian)保(bao)護(hu)係(xi)統(tong)能(neng)顯(xian)著(zhu)減(jian)小(xiao)總(zong)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)尺(chi)寸(cun)。更(geng)小(xiao)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)尺(chi)寸(cun)可(ke)為(wei)信(xin)息(xi)娛(yu)樂(le)係(xi)統(tong)的(de)其(qi)他(ta)部(bu)分(fen)提(ti)供(gong)更(geng)多(duo)空(kong)間(jian)，有(you)助(zhu)於(yu)實(shi)現(xian)更(geng)多(duo)創(chuang)新(xin)。

 

我們希望此設計不僅能保護您的係統，還能幫助您快速升級設計方案。

 

請參閱參考設計《汽車瞬態和過流保護濾波器參考設計》。

 

 

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