Защита от перенапряжения для сброса автомобильной нагрузки

В сообщении объясняется схема защиты от перенапряжения в виде автомобильной самосвальной нагрузки для защиты чувствительной и сложной современной автомобильной электроники от переходных электрических всплесков постоянного тока, возникающих в электрической сети автомобиля.

Переходные напряжения на шине представляют собой значительный фактор риска для интегральных схем. Максимальное напряжение пробоя, которое может выдерживать интегральная схема, определяется ее стилем и конструктивным подходом, который может быть преимущественно низким для крошечных КМОП-устройств.

Что такое переходное напряжение

Кратковременные или повторяющиеся перенапряжения, которые нарушают требования к максимально высокому напряжению микросхемы, могут нанести непоправимый вред устройству.

Необходимость защиты от перенапряжения особенно распространена в автомобильных конструкциях 12 В и 24 В, в которых пиковые переходные процессы «сброса нагрузки» обычно столь же высоки, как GOV. Некоторые стратегии защиты от нагрузки шунтируют входной переходный ток на землю через устройства, подобные лавинным диодам и MOV.

Сложность метода шунтирования состоит в том, что в конечном итоге может потребоваться большая мощность.

Шунтирующие техники обычно нежелательны, если существует обязательство по обеспечению постоянной защиты в случае перенапряжения (как это происходит с двумя батареями).

Дизайн

Схема защиты от перенапряжения для сброса автомобильной нагрузки, показанная на рисунке 1, представляет собой идеальную схему последовательного отключения или последовательного отключения, которая была построена для защиты нагрузки импульсного регулятора, которая имела оптимальное входное напряжение 24 В.

Схема построена из экономичных дискретных устройств и использует один Инструменты Техаса LMV431AIMF.

Учитывая, что в этой схеме используется пропускное устройство с полевым транзистором (Q1), может быть предельное прямое падение напряжения или связанные с этим потери мощности.

Принципиальная электрическая схема

Рисунок 1

Учтивость : Схема защиты от перенапряжения для сброса автомобильной нагрузки

Как работает диод LM431AIMF

Адаптируемый эталонный образец LMV431AIMF (D1) лучше всего подходит для этой ситуации просто потому, что он предоставляет недорогие средства для точного определения точки срабатывания и контроля оптимальной точности температуры, что становится довольно сложно при использовании стабилитрона или аналогичных других альтернативных вариантов (1% для Версия A, 0,5% для версии B).

Для сохранения этой точности и надежности резисторы R1 и R2 выбраны с допуском 1% или могут быть рекомендованы еще лучше.

Переменные опорные напряжения обычно могут быть ошибочно приняты во внимание. Возьмем, к примеру: «Что это за третий провод, идущий от этого диода?»

Вы можете найти множество типов источников переменного напряжения. Разные имеют разное встроенное установленное напряжение, а другие - переменную полярность направления тока.

Все они могут быть идентифицированы с парой основных (и весьма значительных) стадий: температура Регулируемый, точная ширина запрещенной зоны опорного напряжения, а также усилитель ошибки усиления (включенного в качестве компаратора в рассматриваемой схеме).

Большинство деталей демонстрируют однозначные результаты за счет включения открытого коллектора или эмиттера. На рисунке 2 концептуально показано, что можно ожидать от Texas Instruments LMV431AIMF.

Расчет порога отсечки

Входное напряжение проверяется и регулируется LMV431 с помощью делитель напряжения R1 и R2. Схема, показанная на Рисунке 1, сконфигурирована для активации при напряжении 19,2 В, хотя можно выбрать произвольное снижение уровня, которое можно вычислить с помощью следующих уравнений:

Vtrip = 1,24 x (R1 + R2 / R1)

R2 = R1 (Втрип / 1,24 - 1)

Как это устроено

Выход LMV431 падает, как только обнаруживается, что установленный опорный вывод превышает 1,24 В. Катод LMV431 способен понижать уровень насыщения приблизительно до 1,2 В.

Указанного уровня может хватить как раз для выключения Q2. Q2 был преимущественно выбран вручную, чтобы иметь повышенный порог затвора (> 1,3 В). Не рекомендуется использовать замену для Q2 без учета этого.

Рабочие условия микросхемы для D1, Q2 и Q1 указаны в таблице 1 для условий, связанных с срезом точки 19,2 В.

Рабочее состояние цепей подробно показано на Рисунке 3. Можно ожидать, что снижение уровня будет примерно в пределах 2,7 В относительно GOV. Ниже примерно 2,7 В цепь может переходить в выключенное состояние.

Причина в отсутствии достаточного входного напряжения для повышения пороговых значений Q1 и Q2 от затвора до истока.

Когда он находится в выключенном состоянии, схема предлагает на входе около 42 кОм (состояние покоя нагрузки в выключенном состоянии). Стабилитроны D2 и D3 имеют решающее значение для ограничения затвора перегрузки до напряжений источника, выраженных Q и Q2 (которые могут не выходить за пределы 20 В).

D3 также запрещает катоду D запускать сигнал выше указанного предела 35 В. Резистор Rd обеспечивает пониженное смещение к Q2, так что он может обеспечить утечку стока Q2 в выключенном состоянии.

Важно следить за диодом в корпусе Q, это означает, что он не защищает нагрузку от неправильно подключенной батареи (входные напряжения противоположной полярности).

Чтобы иметь возможность защитить состояние неправильной полярности батареи, может быть целесообразно включить блокирующий диод или может потребоваться усиленный альтернативный (один за другим) PFET.

Можно увидеть, что схема срабатывает мгновенно, хотя восстанавливает условия довольно медленно. Конденсатор C быстро разряжается на минус через LMV431 даже при обнаружении перенапряжения.

Как только ситуация восстанавливается до нормальной, повторное подключение немного задерживается переменными задержки времени R3-C1.

Значительное количество нагрузок (которые могут быть регуляторами) используют значительные входные конденсаторы, которые обеспечивают временную задержку для срабатывания схемы отключения, подавляя переходную скорость нарастания.

Рабочий образец стандартного переходного процесса и доступная емкость становятся ответственными за определение предполагаемого времени отклика задержки.

Отключение из предложенной схемы защиты от перенапряжения для сброса автомобильной нагрузки происходит примерно через двенадцать секунд. Ожидаемые максимальные переходные периоды нарастания ограничиваются на сбалансированном уровне упомянутыми периодами C (нагрузка).

Эта схема была проверена с C (нагрузка) 1 пФ. Можно попробовать нагрузку с большей нагрузкой, и это нормально, учитывая быстрые скачки и переходные процессы с пониженным сопротивлением источника.