創(chuàng )新IC助汽車(chē)遠離車(chē)禍

自從半導體時(shí)代開(kāi)啟以來(lái)，汽車(chē)制造商就不得不窮于應付電壓峰值問(wèn)題。由于汽車(chē)增加了燃油噴射控制、安全氣囊、衛星無(wú)線(xiàn)設備、GPS、ABS和牽引力控制等功能，因此這方面的問(wèn)題有增無(wú)減。由于自動(dòng)電子器件已經(jīng)基本上掌控了車(chē)道控制、躲避行人和相對位置保持功能，那么當汽車(chē)在高速公路上飛馳時(shí)，保持干凈的電源總線(xiàn)比以往任何時(shí)候都要迫切。

預防可能是最好的處理方式，但這更多的只是一種愿望，不一定能夠實(shí)現。但不可避免的是，當電源在長(cháng)的電纜上流過(guò)時(shí)，只要有負載躍變就會(huì )產(chǎn)生瞬態(tài)干擾。在長(cháng)線(xiàn)纜上發(fā)生的瞬時(shí)負向電流變化將導致正向電壓峰值。最可怕的事情是與被腐蝕的電池端子相關(guān)的“拋負載”。

眾所周知，拋負載會(huì )產(chǎn)生高達125V的浪涌電壓，并且這個(gè)電壓將保持數百毫秒。汽車(chē)工程師協(xié)會(huì )(SAE)對于拋負載的特征描述包括：5ms的5mA上升時(shí)間，以及帶有200ms時(shí)間常數的呈指數衰減下降時(shí)間。

從歷史上看，工程師曾采用電容、瞬態(tài)電壓抑制(TVS)二極管甚至熔絲來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。但隨著(zhù)汽車(chē)內電子器件密度的提高，留給安裝保護器件等分立元件的空間越來(lái)越小。

凌力爾特公司早已推出一款用于解決過(guò)壓?jiǎn)?wèn)題的有源器件。但正如Dobkin和他的高級設計人員在汽車(chē)制造商處與電源工程師的對話(huà)中講到的那樣，事情明擺著(zhù)需要更好的器件。2007年，該公司發(fā)布了LT4356浪涌抑制器，工作電壓范圍從4V至80V，可以有效阻止輸入引腳上出現的高達-60V的反向瞬態(tài)電壓。

所有LT43xx系列器件都是針對汽車(chē)應用開(kāi)發(fā)的線(xiàn)性穩壓器，主要用來(lái)饋送像DC-DC轉換器這樣的外部器件。它們將能浪涌電壓鉗位到由外部分壓電阻設定的值，同時(shí)保持不受浪涌電流的影響。凌力爾特最早的LT4356可以抑制超過(guò)100V的浪涌電壓。它的關(guān)鍵點(diǎn)在于電流感測電阻的放置：位于外部旁路晶體管的上游(圖4a)。如果器件要求阻止超過(guò)100V的瞬態(tài)電壓，那就必須關(guān)閉過(guò)流保護功能。

圖4：凌力爾特公司最早的LT4356(a)浪涌抑制器及后續產(chǎn)品LT4363(b)，可以將浪涌電壓鉗位到由外部分壓電阻設定的值，同時(shí)自身不受浪涌的影響。LT4363將電流檢測功能放置在旁路晶體管之后。

凌力爾特公司在兩種新產(chǎn)品中實(shí)現了解決方案：帶過(guò)流保護功能的LT4363高壓浪涌抑制器以及LTC4366高壓浮動(dòng)浪涌抑制器。

對于熟悉LT4356的設計人員來(lái)說(shuō)，LT4363只是簡(jiǎn)單地將過(guò)流感測功能移到了旁路FET的下游，不僅支持過(guò)流保護，同時(shí)還能承受大的瞬態(tài)電壓(圖4b)。但與LT4356一樣，它的絕對最大額定值是100V。因此，它的輸入端必須使用電阻和TVS二極管以阻止超過(guò)100V的瞬態(tài)高壓。

LT4366更加令人感興趣(圖5)。它表明了在Dobkin這樣的工程師重新考慮過(guò)去的思路時(shí)會(huì )發(fā)生什么?！叭绻覀冊试S器件采用浮動(dòng)拓撲會(huì )怎么樣？”Dobkin問(wèn)自己。很顯然，浮動(dòng)器件可以用于連續工作在電壓超過(guò)100V、要求防止甚至超過(guò)200V瞬態(tài)電壓的系統中。

圖5：凌力爾特的LT4366高壓浮動(dòng)型浪涌抑制器可實(shí)現與任何高壓浪涌的隔離(a)。LT4366有三種工作模式(b)。在啟動(dòng)模式，經(jīng)過(guò)RIN的涓流用于提供偏置，并通過(guò)給柵極充電啟動(dòng)電荷泵。隨后電荷泵保持柵極電壓高出源極電壓12V。在調整模式中，上端反饋電阻上的壓降保持在1.23V基準值。

在一個(gè)典型應用中，外部降壓電阻允許該器件電壓隨電源上浮，從而隔離任何高壓浪涌。這樣，工作電壓的上限僅取決于必需的大電阻以及可以處理穩壓期間功耗的MOSFET。因為L(cháng)TC4366不接地，因此與非浮動(dòng)器件相比，它可以借助一些額外的功能處理高得多的瞬態(tài)電壓。

LTC4366工作在三種不同模式：?jiǎn)?dòng)、運行、調整。

在啟動(dòng)模式，有15μA的涓流流經(jīng)RIN。其中一半電流給柵極充電，另一半用于偏置電流。隨著(zhù)GATE引腳的不斷充電，外部MOSFET將提升OUT引腳的電壓，直到器件進(jìn)入運行模式。這時(shí)，輸出已經(jīng)足夠高到啟動(dòng)電荷泵。隨后電荷泵就能用來(lái)滿(mǎn)充柵極，使之比源極電壓高出12V。