新一代汽車(chē)的電路保護方案

越來(lái)越多的傳統機械功能正在升級到電子應用，如電動(dòng)助力轉向和電子停車(chē)系統。這些大功率、高溫度應用對功率電子系統提出了更高的要求，當powerFET、電容、電阻或IC等功率器件由于長(cháng)期暴露在苛刻環(huán)境下而發(fā)生故障時(shí)，有可能產(chǎn)生嚴重的熱問(wèn)題。

提高功率器件性能、使用散熱更均勻的設計技術(shù)、采用新的散熱材料是目前已經(jīng)提出的用于增強熱管理性能的一些解決方案。不過(guò)，設計工程師仍在很大程度上依賴(lài)二級保護來(lái)阻止因功率器件故障或腐蝕導致過(guò)熱而產(chǎn)生的熱失控。

最常用的方法是使用熱熔絲/熱切斷(TCO)或熱開(kāi)關(guān)。這些器件都能向設計工程師提供交流和直流應用中寬泛和特定的溫度激活特性，但在電路板組裝過(guò)程中存在一些問(wèn)題。因為越來(lái)越多的PCB只使用表面貼裝器件(SMD)，而使用通孔器件需要專(zhuān)門(mén)的安裝過(guò)程，進(jìn)而帶來(lái)額外的成本和復雜性。此外，標準器件可能無(wú)法提供汽車(chē)應用所需的耐用性和可靠性。而能夠用于汽車(chē)環(huán)境的器件經(jīng)過(guò)了完整的測試，以滿(mǎn)足嚴格的沖擊和振動(dòng)規范要求，并提供合適的直流額定值。

泰科電子最近推出了一款適用于汽車(chē)應用的回流熱保護(RTP)器件，這是一種可以切斷電流的二級保護器件，有助于防止因功率器件故障和PCB走線(xiàn)過(guò)熱而出現的損害。這種解決方案通常消除了對厚重散熱器、冗余FET和繼電器的需求。而這些需求廣泛地存在于電子控制單元、HVAC、ABS、電動(dòng)助力轉向系統、DC/DC轉換器和PTC加熱器中。

如圖4所示，當RTP器件靠近powerFET安裝時(shí)，它能夠追蹤FET溫度。當FET超過(guò)正常工作溫度極限并出現過(guò)溫情況時(shí)，RTP器件將激活，并斷開(kāi)電源線(xiàn)路。

圖4：在緩慢的熱失控情況下，RTP200器件會(huì )追蹤powerFET溫度，當溫度達到200℃時(shí)，它就會(huì )斷開(kāi)電路。

使用工業(yè)標準的貼片和無(wú)鉛回流焊設備可以快速方便地安裝這種表面貼裝器件，并且這種器件可以承受峰值溫度遠超過(guò)200℃的多次回流焊工藝。在實(shí)際應用中，當檢測到溫度超過(guò)200℃時(shí)，它就會(huì )切斷電流。

為了在經(jīng)過(guò)標準回流焊安裝后還能在現場(chǎng)200℃溫度時(shí)打開(kāi)，RTP器件使用一次性電子激活工藝獲得熱敏特征。在實(shí)施激活程序之前，器件可以承受至少3次無(wú)鉛回流焊而不打開(kāi)。激活程序可以在系統加電時(shí)自動(dòng)實(shí)施，也可以在制造后期的線(xiàn)路系統測試期間實(shí)施。

汽車(chē)聯(lián)網(wǎng)

在“信息娛樂(lè )高速公路”的大方向下，兩大清晰的趨勢正在快速改變汽車(chē)設計的面貌：車(chē)載娛樂(lè )和無(wú)線(xiàn)連接。汽車(chē)制造商以及移動(dòng)設備制造商敏銳地意識到消費者越來(lái)越高的要求：以家庭或辦公室中使用的同樣方法連接汽車(chē)內的數字設備。

今天的汽車(chē)已經(jīng)變成了移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )，集成各種特性和功能，包括嵌入式控制、移動(dòng)媒體和無(wú)線(xiàn)選項。信息娛樂(lè )、遠程信息處理、安全和電子控制等應用要求使用多種成熟的網(wǎng)絡(luò )標準，如LIN、CAN、MOST、IDB-1394、FlexRay、byteflight、用于嵌入式控制的藍牙等等。
藍牙標準已經(jīng)為能夠與汽車(chē)及其系統交互的移動(dòng)電子設備創(chuàng )建了新的市場(chǎng)機會(huì )，如蜂窩電話(huà)、MP3播放器和導航設備。保護通信接口免受靜電放電(ESD)以及由天線(xiàn)和儀器的無(wú)線(xiàn)(RF)接口引起的其它電壓浪涌損害是一個(gè)關(guān)鍵的設計問(wèn)題。

圖5顯示了聚合物增強型齊納二極管(PolyZen器件)如何保護藍牙模塊的電源輸入端口。該器件提供集成式過(guò)流和過(guò)壓電路保護功能，還使用了小電容聚合物ESD(PESD)器件，用于防止天線(xiàn)受到ESD浪涌而損壞。

圖5：針對藍牙模塊的典型電路保護解決方案。

發(fā)展前景

汽車(chē)設計中越來(lái)越多的功率器件和高數據速率連接使得人們更加迫切地需要可靠、具有成本效益的電路保護解決方案。TE Connectivity公司的研究、設計和應用工程師團隊正在與汽車(chē)制造商、集成商和OEM廠(chǎng)商合作開(kāi)發(fā)所需的元器件，從而推進(jìn)各種新技術(shù)、支持新興應用，并幫助汽車(chē)制造商滿(mǎn)足苛刻的安全標準。