汽車(chē)電源過(guò)壓保護電路

典型的汽車(chē)電源架構

　　圖1給出了一個(gè)典型的汽車(chē)電源簡(jiǎn)化框圖，主要包括以下幾個(gè)單元：

　　源保護電路：限制+12V電源總線(xiàn)的正向電壓，并阻止產(chǎn)生負壓。

　　有源保護電路：該限壓器功能與無(wú)源保護電路類(lèi)似，但使用的是晶體管等有源器件，與具有同樣功能的無(wú)源方案相比能夠提供更好的性?xún)r(jià)比，具有更小尺寸。

　　開(kāi)關(guān)模式或線(xiàn)性穩壓器：為指定負載提供適當的電壓和電流，可能采用多路電源結構。

　　在不同的應用中，這些部件的技術(shù)規格會(huì )有所不同。有些應用中并沒(méi)有考慮這些因素，但會(huì )給系統的整體電氣性能帶來(lái)負面影響。實(shí)際上，上述單元電路的任何缺失都會(huì )增大系統設計的復雜度。

　　
在電源中集成限壓器

　　有源電壓限幅器的原理十分簡(jiǎn)單，在器件的輸入和輸出之間增加一個(gè)MOSFET，限幅器控制該場(chǎng)效應管的柵極。正常工作狀態(tài)下，打開(kāi)MOSFET并為負載供電；如果電壓超過(guò)定義的門(mén)限值，限壓電路會(huì )關(guān)閉外部MOSFET，斷開(kāi)電源與負載的連接。

　　圖2給出了基本限壓電路的內部構造和典型應用電路。

在這個(gè)基本的限壓電路中，VIN給內部電路供電，VIN的最大電壓為80V。OVSET端的分壓器設置過(guò)壓檢測門(mén)限，內置電荷泵為低成本n溝道MOSFET的柵極驅動(dòng)供電，從而降低系統成本。除了提供過(guò)壓門(mén)限外，這些IC還提供了欠壓檢測門(mén)限。

　　在另一方案是采用門(mén)限可調的窗式電壓限幅，圖3給出了一個(gè)相關(guān)的應用范例。

這種情況下，限壓電路可以防止MOSFET和負載工作在欠壓和過(guò)壓狀態(tài)?？梢試栏裣拗戚敵鲭妷悍秶?將其限制在較窄的范圍內)，以降低對電壓調節器輸入范圍的技術(shù)要求，從而降低電壓調節器的設計成本。而在一些音頻應用中，并不需要高精度的電壓調節，對于這些應用，限壓電路的設計可以省去穩壓電路。

　　如上所述，分壓器可以控制圖2所示IC的輸入電壓，分壓器也可以連接到限壓器的輸出端，如圖4所示。在后面的例子中，分壓器限制著(zhù)負載上的電壓而不是簡(jiǎn)單地將其切斷。從其性能測試數據可以看出限壓檢測是周期性進(jìn)行的。振蕩周期由負載電容、負載電流決定，可在很寬的范圍內變化。周期振蕩包括兩個(gè)階段；第一個(gè)階段使MOSFET進(jìn)入有效模式，第二個(gè)階段將其關(guān)閉。

圖4所示電路配置使MOSFET周期性地進(jìn)入有效模式，使功率耗散在MOSFET上，需要考慮MOSFET散熱問(wèn)題?；谶@一原因，IC內部包含了門(mén)限約為+160°C的高溫保護單元，當溫度下降到+140°C以下時(shí)，電路恢復到正常模式。為了優(yōu)化設計，IC應靠近MOSFET放置，使兩者具有良好的熱傳導通路。

　　眾所周知，電路板電源總線(xiàn)可能存在負向電壓尖峰或正向電壓尖峰。抑制負電壓的保護電路可以采用無(wú)源器件或特殊IC。圖5提供了MAX6496反向電壓保護的內部結構。

除了限制正向電壓以外，MAX6496還包含一個(gè)p通道MOSFET柵極控制電路，可以在正電壓時(shí)使MOSFET 保持導通狀態(tài)，而在負電壓時(shí)保持關(guān)閉狀態(tài)。在高負載電流、低輸入電壓情況下，這個(gè)電路比典型的肖特基二極管更實(shí)用。

　　結論

　　本文討論的限壓電路都提供了相應的特性參數，便于器件在各種場(chǎng)合的應用。每個(gè)限壓電路在負載上電時(shí)允許72V的最大輸入電壓，而在負載切斷時(shí)允許80V的最大輸入電壓。下表總結了限壓IC的主要特性。