用于汽車應(yīng)用的集成限壓器

討論了汽車應(yīng)用基本電源中電源路徑的典型框圖。本文介紹如何將有源限壓器集成到該基本電源設(shè)計中。描述了集成限壓器的好處。Maxim的幾個有源限壓器就是這種設(shè)計方法的示例。

簡介—典型汽車電源的結(jié)構(gòu)

圖1顯示了汽車電源的簡化結(jié)構(gòu)。

圖1.汽車電源的基本原理圖由上述三個組件組成。

此框圖包含以下單元：

無源保護(hù)電路：限制+12V電源總線的正電壓并阻斷負(fù)電壓。

有源保護(hù)電路：電壓限制器，其功能與無源保護(hù)電路非常相似，但使用晶體管等有源元件而不是無源元件。因此，與具有相同電氣特性的被動結(jié)構(gòu)相比，它具有更好的質(zhì)量比和更小的尺寸。

開關(guān)模式或線性穩(wěn)壓器：為多通道電源中的給定負(fù)載提供適當(dāng)?shù)碾妷汉?a href="http://srfitnesspt.com/tags/電流/" target="_blank">電流。

這些組件的具體技術(shù)規(guī)格可能因應(yīng)用而異。盡管某些應(yīng)用實(shí)際上省略了其中一些元素，但它們的缺失將對電氣性能產(chǎn)生整體負(fù)面影響。事實(shí)上，缺少上述單元之一將使技術(shù)要求和設(shè)計復(fù)雜化。

將限壓器集成到電源中

有源限壓器的理論非常簡單。在器件的輸入和輸出之間有一個MOSFET。電壓限制器控制該晶體管的柵極。在正常工作條件下，MOSFET 開路，負(fù)載供電。如果電壓超過定義的閾值，限壓器將關(guān)閉外部 MOSFET 和負(fù)載。

最基本限壓器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和典型應(yīng)用電路如圖2所示。

圖2.框圖，例如具有外部MOSFET的72V過壓保護(hù)開關(guān)/限幅器控制器。MAX6495–MAX6499的示意圖顯示了過壓模式下的器件;MAX6495為功能圖。

在這個基本電壓限制器中，V在為內(nèi)部電路供電。V處的最大電壓在為 80V。OVSET輸入端的分壓器設(shè)置可調(diào)過壓門限。使用內(nèi)部電荷泵為低成本n溝道MOSFET的柵極供電可降低器件價格。除了提供過壓門限外，這些IC還實(shí)現(xiàn)了不可調(diào)的欠壓門限。

在另一種方法中，窗口電壓限制器具有可調(diào)閾值。圖 3 顯示了此應(yīng)用程序的示例。

圖3.MAX6499配置為過壓/欠壓窗口檢測器（左），如其基本功能框圖（右）所示。

在這種情況下，限壓器會阻止MOSFET和負(fù)載免受欠壓和過壓情況的影響。輸出電壓范圍可能非常有限（即狹窄），從而降低了對穩(wěn)壓器輸入電壓范圍的技術(shù)要求。因此，該穩(wěn)壓器可以大大簡化并降低成本。此外，一些音頻應(yīng)用不需要高精度電壓調(diào)節(jié)。在這些應(yīng)用中，這種限壓器設(shè)計消除了增設(shè)穩(wěn)壓器的需求。

如上所示，分壓器控制圖2中IC上的輸入電壓。分壓器也可以重新連接到限壓器的輸出端，如圖4所示。在后一個示例中，分壓器限制負(fù)載電壓，而不是將其關(guān)閉。從性能數(shù)據(jù)中可以看出，限壓過程是周期性的。振蕩周期取決于負(fù)載能力和負(fù)載電流，因此在很寬的范圍內(nèi)變化。這種周期性振蕩包含兩個階段;第一級將MOSFET置于有源模式，第二級將其關(guān)斷。

圖4.這些器件在此處配置為過壓限制保護(hù)開關(guān);將顯示性能數(shù)據(jù)。C在= 100μF;C外= 10μF;R外= 100Ω.

圖4中的配置周期性地將MOSFET置于有源模式，從而導(dǎo)致該MOSFET的功耗。因此，需要特別注意防止MOSFET過熱。因此，該 IC 具有閾值約為 +160°C 的內(nèi)部過熱保護(hù)。 如果超過此溫度，IC和MOSFET均關(guān)斷;冷卻至 +140°C 后，它們恢復(fù)正常模式。為了實(shí)現(xiàn)此應(yīng)用，IC應(yīng)盡可能靠近MOSFET放置良好的熱接觸。

眾所周知，電路板電源總線可能包含負(fù)電壓尖峰和正尖峰。負(fù)電壓可以通過基于無源元件的保護(hù)電路或特殊IC來阻斷。該反向保護(hù)設(shè)計的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖5所示，為MAX6496。

圖5.MAX6496為過壓限制器，具有低壓降反向保護(hù)電路（左）和功能框圖（右）。

除了用作典型的正電壓限制器外，MAX6496還包含一個p溝道MOSFET柵極級，該級在正電壓下保持額外的MOSFET導(dǎo)通，在負(fù)輸入電壓下保持關(guān)斷。在高負(fù)載電流和低最小輸入電壓下，該電路比普通Shottky二極管更有用。

總結(jié)

本應(yīng)用筆記中討論的每個限壓器都有特定的參數(shù)，以增強(qiáng)器件的共同特性。如果負(fù)載供電，每個限壓器的最大輸入電壓為 72V，如果負(fù)載關(guān)閉，則為 80V。下表總結(jié)了限壓器IC的主要特性。

審核編輯：郭婷