Overspanningsbeveiliging voor Automotive Load Dump

De post legt een beveiligingscircuit voor overspanning uit in de vorm van een autodumpload voor het beschermen van gevoelige en geavanceerde moderne auto-elektronica tegen tijdelijke gelijkstroompieken die in de elektrische auto komen.

Voorbijgaande busspanningen zijn een belangrijke risicofactor voor geïntegreerde schakelingen. De maximale doorslagspanning die een geïntegreerd circuit kan tolereren, wordt bepaald door de stijl en ontwerpbenadering die overwegend laag kan zijn voor kleine CMOS-apparaten.

Wat is voorbijgaande spanning

Voorbijgaande of zich herhalende overspanningsomstandigheden die de absoluut hoogste spanningsspecificatie van een IC verslaan, kunnen mogelijk een apparaat onomkeerbaar beschadigen.

De noodzaak van overspanningsbeveiliging komt met name voor bij 12V- en 24V-ontwerpen van auto's waarin piek-'load dump'-transiënten gewoonlijk zo hoog zijn als GOV. Bepaalde belastingbeveiligingsstrategieën shunten ingangstransiënt naar aarde via apparaten die lijken op lawinediodes en MOV's.

De moeilijkheid bij de shuntmethode is dat er mogelijk veel stroom kan worden verwerkt.

Shunt-technieken zijn meestal ongewenst als er een verplichting is om continue bescherming te bieden tijdens een overspanningssituatie (zoals blijkt bij een dubbele batterij).

Het ontwerp

Het overspanningsbeveiligingscircuit voor Automotive Load Dump getoond in Figuur 1 is een perfect serieel ontkoppel- of serieonderbrekingscircuit dat is gebouwd om een ​​schakelende regulatorbelasting te beschermen die een optimale ingangsspanning van 24 V bezat.

Het circuit is bedoeld van economische discrete apparaten en maakt gebruik van een enkele Texas Instrumenten LMV431AIMF.

Gegeven dat dit circuit een PFET-doorlaatinrichting (Q1) gebruikt, kan er een marginale voorwaartse spanningsval of gerelateerd vermogensverlies optreden.

Schakelschema

Figuur 1

Hoffelijkheid ​ Overspanningsbeveiligingscircuit voor Automotive Load Dump

Hoe de LM431AIMF-diode werkt

De aanpasbare referentie LMV431AIMF (D1) werkt het beste voor deze situatie, alleen omdat het een goedkope manier biedt om een ​​nauwgezet uitschakelpunt vast te stellen en de optimale temperatuurnauwkeurigheid te bewaken, wat vrij moeilijk wordt met een zenerdiode of op dezelfde manier met andere alternatieve opties (1% voor de A-versie, 0,5% voor de B-versie).

Om deze nauwkeurigheid en betrouwbaarheid te behouden, is gekozen voor weerstanden R1 en R2 met een tolerantie van 1% of een nog betere kan worden aanbevolen.

Variabele referentiespanningen kunnen gewoonlijk ten onrechte worden overwogen. Neem bijvoorbeeld: 'Wat is die derde draad die eindigt bij die diode'? '

U kunt verschillende soorten variabele spanningsreferenties vinden. Verschillende met een verschillende ingebouwde ingestelde spanning, terwijl andere met een wisselstroomrichtingpolariteit.

Ze kunnen allemaal worden geïdentificeerd met een aantal fundamentele (en behoorlijk significante) fasen: een temperatuurgeregelde, nauwkeurige bandafstandspanningsreferentie, samen met een versterkingsfoutversterker (opgenomen als een comparator in de besproken schakeling).

De meeste onderdelen vertonen uniforme resultaten door een open collector of emitter op te nemen. Figuur 2 geeft conceptueel aan wat er binnen Texas Instruments LMV431AIMF kan worden verwacht.

Berekening van de drempelwaarde

De ingangsspanning wordt gecontroleerd en aangestuurd door de LMV431 met behulp van spanningsdeler R1 en R2. Het circuit dat in figuur 1 wordt weergegeven, is geconfigureerd om te activeren bij 19,2 V, hoewel een willekeurige verlaging van het niveau kan worden gekozen, die kan worden berekend met behulp van de volgende vergelijkingen:

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

R2 = R1 (Vtrip / 1,24 - 1)

Hoe het werkt

De output van de LMV431 gaat omlaag zodra wordt gedetecteerd dat de ingestelde referentiepin hoger is dan 1,24V. De kathode van een LMV431 is in staat om naar een verzadigingsniveau van ongeveer 1,2V te brengen.

Het genoemde niveau is wellicht net genoeg om Q2 uit te schakelen. Q2 werd voornamelijk met de hand uitgekozen om een ​​verhoogde poortdrempel (> 1,3 V) te dragen. Het wordt niet aanbevolen om een ​​vervanging voor Q2 te gebruiken zonder hiermee rekening te houden.

De bedrijfsomstandigheden van de chip voor D1, Q2 en Q1 worden aangegeven in tabel 1 voor de toestand waarbij sprake is van een 19,2 V cut of point.

De bedrijfstoestand van de circuits is gedetailleerd in figuur 3. De verlaging van het niveau zal naar verwachting ongeveer in de buurt van 2,7V tot GOV liggen. Beneden ongeveer 2,7 V kan het circuit worden gezien dat overgaat naar de uit-situatie.

De reden hiervoor is de afwezigheid van voldoende ingangsspanning om de poort naar de brondrempels van Q1 en Q2 te nivelleren.

Terwijl het is uitgeschakeld, biedt het circuit ongeveer 42 kQ aan de ingang (uit-status rustbelasting). Zenerdiodes D2 en D3 zijn cruciaal voor het beperken van de overspanningspoort tot bronspanningen zoals uitgedrukt door Q en Q2 (die mogelijk niet verder mogen dan 20V).

D3 verhindert eveneens dat de kathode van D schiet boven de gespecificeerde limiet van 35V. Weerstand Rd verzekert een gecompromitteerde bias naar Q2, zodat deze kan voldoen aan de afvoerlekkage van Q2 in de uit-toestand.

Het is belangrijk om de lichaamsdiode in Q te bekijken, dit betekent dat deze geen bescherming biedt voor de belasting voor een verkeerd aangesloten batterij (ingangsspanningen met tegenovergestelde polariteit).

Om de toestand van een verkeerde batterijpolariteit te kunnen waarborgen, kan het raadzaam zijn om een ​​blokkeerdiode op te nemen of een versterkte alternatieve (achter elkaar) PFET kan ook nodig zijn.

Het circuit kan worden toegeschreven om onmiddellijk in werking te treden, hoewel de omstandigheden nogal traag worden hersteld. Condensator C, vertoont een snelle ontlading naar negatief via de LMV431 in een even van een overspanning wordt gedetecteerd.

Zodra de situatie weer normaal is, wordt het opnieuw verbinden enigszins vertraagd door de R3-C1-vertragingsvariabelen.

Een aanzienlijk aantal belastingen (dat kunnen regelaars zijn) maakt gebruik van aanzienlijke ingangscondensatoren die een tijdvertraging mogelijk maken voor het uitschakelcircuit door de tijdelijke zwenksnelheid te onderdrukken.

Het werkpatroon van de standaard transiënt en de beschikbare capaciteit worden verantwoordelijk om de beoogde vertragingstijd te bepalen.

De uitschakelimplementatie van het voorgestelde overspanningsbeveiligingscircuit voor automotive load-dump vindt plaats in ongeveer twaalf seconden. De verwachte hoogste tijdelijke stijgingsperioden worden in een gebalanceerd niveau beperkt tot de genoemde perioden door C (belasting).

Deze schakeling werd geverifieerd met een C (belasting) van 1 pF. Een grotere belasting kan worden geprobeerd en is in orde, gezien snelle stijgingen, er moeten transiënten met verminderde bronimpedantie aanwezig zijn.