設計低靜態(tài)電流 (Iq) 汽車(chē)電池反向保護系統的3種方法

車(chē)輛中電子電路數量不斷增加，使得需要消耗的電池電量也隨之大幅增長(cháng)。為了支持遙控免鑰進(jìn)入和安全等功能，即使在汽車(chē)停車(chē)或熄火時(shí)，電池也要持續供電。

由于所有車(chē)輛都使用有限的電池供電，因此必須找到一種方法，一方面能增加更多功能（尤其是在設計汽車(chē)前端電源系統時(shí)），同時(shí)又不會(huì )顯著(zhù)增加耗電量。是否需要符合嚴格的電磁兼容性 (EMC) 標準（例如，國際標準化組織的 ISO7637 和德國汽車(chē)制造商制定的LV 124標準），直接影響前端電池反向保護系統的整體設計。一些原始設備制造商將車(chē)輛處于停車(chē)狀態(tài)時(shí)的總電流消耗規定為：在 12V 電池供電系統中每個(gè)電子控制單元 (ECU) 低于100μA，在 24V 電池供電系統中低于500μA。 

在本文中，我將介紹設計低靜態(tài)電流 (IQ) 汽車(chē)電池反向保護系統的三種方法。

使用T15作為點(diǎn)火或喚醒信號

設計低 IQ 電池反向保護系統的第一種方法是使用T15 作為點(diǎn)火或喚醒信號。T15 是一個(gè)接線(xiàn)端子，當車(chē)輛點(diǎn)火開(kāi)關(guān)關(guān)閉時(shí)，它會(huì )與電池斷開(kāi)連接。使用 T15 作為外部喚醒信號是一種在睡眠或活動(dòng)模式下運行 ECU 的傳統方法。圖 1 為一個(gè)示例。

圖1 使用 T15 作為喚醒信號的汽車(chē) ECU 中的電池反向保護

當點(diǎn)火開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)，T15 會(huì )連接到電池電壓 (VBATT) 電位，從而使理想二極管的使能引腳處于邏輯高電平。處于有源模式下的理想二極管控制器，在啟用電荷泵、控制和場(chǎng)效應晶體管 (FET) 驅動(dòng)器電路的同時(shí)，主動(dòng)控制外部 FET 以實(shí)現理想二極管運行。當車(chē)輛停車(chē)時(shí)，T15 降至 0V，理想二極管控制器利用關(guān)斷狀態(tài)做出響應，這會(huì )導致電荷泵和控制塊關(guān)閉，從而使 IQ 消耗低于3μA。在這種工作模式下，外部 FET 關(guān)閉，FET 的體二極管形成正向傳導路徑，為負載供電。該方案需要額外向 ECU 接線(xiàn)。

使用系統的MCU和CAN喚醒信號

第二種方法是使用系統的微控制器 (MCU) 和控制器局域網(wǎng) (CAN) 喚醒。在很多情況下，系統的通信通道使低 IQ 關(guān)斷模式成為可能。圖 2 為使用這種方法的示例系統設計。

圖2 使用 MCU 和 CAN 喚醒信號實(shí)現使能控制的低 IQ 電池反向保護

車(chē)輛中的 CAN 收發(fā)器將消息從通信總線(xiàn)轉換到各自的控制器（通常是 MCU）。收發(fā)器可以通過(guò)發(fā)出進(jìn)入待機模式直到被喚醒的命令，來(lái)指示何時(shí)不需要相關(guān)功能。此時(shí)中繼消息指示控制器會(huì )傳遞將系統置于低功耗狀態(tài)的指令，其實(shí)現方式是使理想二極管控制器的使能信號處于邏輯低電平。借助更先進(jìn)的收發(fā)器和系統基礎芯片，一個(gè)器件可以處理此過(guò)程的多種功能，并過(guò)渡到低功耗狀態(tài)或進(jìn)行喚醒。

該方案需要來(lái)自 MCU 的內部控制信號（通過(guò) CAN 控制）。

使用常開(kāi)理想二極管控制器

第三種方法是使用常開(kāi)理想二極管控制器。大家可以想象一下這個(gè)不需要控制信號即可進(jìn)入低功耗狀態(tài)的系統設計。在這種設計中，無(wú)需額外進(jìn)行接線(xiàn)也無(wú)需依賴(lài)系統軟件，即可使理想二極管控制器始終處于啟用狀態(tài)，即使在睡眠模式下也是如此。這種類(lèi)型的系統設計可以使用低 IQ 理想二極管控制器來(lái)實(shí)現，例如 LM74720-Q1、LM74721-Q1 或 LM74722-Q1，如圖 3 所示。這些器件集成了所有必要的控制塊，用于符合 EMC 標準的電池反向保護設計，并集成了用于驅動(dòng)高側外部 MOSFET 的升壓穩壓器，從而使正常運行期間的 IQ 為27μA。如需了解更多信息，請參閱應用手冊“理想二極管基礎知識”。