Överspänningsskydd för fordonslastdump

Inlägget förklarar en överspänningsskyddskrets i form av fordonsdumpbelastning för att skydda känslig och sofistikerad modern fordonselektronik från övergående likströmsspikar som härrör från fordonets elektriska.

Transienta busspänningar är en betydande riskfaktor för integrerade kretsar. Den maximala nedbrytningsspänningen som en integrerad krets kan specificeras för att tolerera bestäms av dess stil och utformningsmetod som övervägande kan vara låg för små CMOS-enheter.

Vad är transient spänning

Övergående eller upprepade överspänningsförhållanden som besegrar en IC: s absolut högsta spänningsspecifikation kan möjligen oåterkalleligt skada en enhet.

Nödvändigheten för överspänningssäkerhet är särskilt vanligt i 12V- och 24V-konstruktioner i bilar där toppbelastningstransienter är vanligtvis lika mycket som GOV. Vissa belastningssäkerhetsstrategier shuntar ingången övergående till marken genom enheter som liknar lavindioder och MOV.

Svårigheten med shuntmetoden är att en hel del kraft eventuellt kan sluta bearbetas.

Shunttekniker är vanligtvis oönskade om det finns en skyldighet att ständigt skydda under en överspänningssituation (som sker med dubbla batterier).

Designen

Överspänningsskyddskretsen för fordonslastdump som visas i figur 1 är en perfekt seriekoppling eller seriekoppling som har konstruerats för att skydda en växelregulatorbelastning som har en optimal ingångsspänning på 24V.

Kretsen är avsedd från ekonomiska diskreta enheter och använder en enda Texas instrument LMV431AIMF.

Med tanke på att denna krets använder en PFET-passeringsenhet (Q1), kan det finnas ett marginellt framspänningsfall eller relaterad effektförlust.

Kretsschema

Figur 1

Artighet : Överspänningsskyddskrets för fordonslastdump

Hur LM431AIMF-dioder fungerar

LMV431AIMF (D1) anpassningsbar referens fungerar bäst för denna situation bara för att den möjliggör ett billigt sätt att fastställa en noggrann utlösningspunkt och övervaka optimal temperaturnoggrannhet vilket blir ganska svårt med en zenerdiod eller på liknande sätt med andra alternativ (1% för En version, 0,5% för B-versionen).

För att bevara denna noggrannhet och tillförlitlighet är motstånden R1 och R2 valda för att vara 1% tolerans eller en ännu bättre kan rekommenderas.

Variabla referensspänningar kan vanligtvis vara felaktiga. Ta till exempel: 'Vad är den tredje ledningen som slutar från den dioden'? '

Du kan hitta många typer av variabla spänningsreferenser. Olika som har olika inbyggd inställd spänning medan andra med växelströmsriktningspolaritet.

Alla kan identifieras med ett par grundläggande (och ganska betydelsefulla) steg: En temperaturreglerad, korrekt bandspänningsreferens tillsammans med en förstärkningsfelförstärkare (införlivad som en komparator i den diskuterade kretsen).

Majoriteten av delarna uppvisar unipoIar-resultat genom att införliva en öppen samlare eller sändare. Figur 2 visar begreppsmässigt vad som kan förväntas i Texas Instruments LMV431AIMF.

Beräkning av tröskelvärdet

Ingångsspänningen kontrolleras och styrs av LMV431 med hjälp av spänningsdelare R1 och R2. Kretsen som beskrivs i figur 1 är konfigurerad för att aktiveras vid 19,2 V även om en godtycklig nivåsänkning kan väljas som kan räknas ut med hjälp av följande ekvationer:

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

R2 = R1 (Vtrip / 1.24 - 1)

Hur det fungerar

Utgången från LMV431 sänks så snart den inställda referensstiftet detekteras över 1,24V. Katoden hos en LMV431 kan bringa ner till en mättnadsnivå på cirka 1,2 V.

Den nämnda nivån kan vara tillräckligt för att stänga av Q2. Q2 valdes övervägande för hand för att bära en förhöjd grindtröskel (> 1.3V). Det rekommenderas inte att använda en ersättning för Q2 utan att beakta detta.

Chip-driftsförhållandena för D1, Q2 och Q1 anges i tabell 1 för tillståndet som innefattar en 19,2 V punktavskärning.

Kretsarnas drifttillstånd beskrivs i figur 3. Nivåsänkningen kan förväntas ligga ungefär i närheten av 2,7 V till GOV. Under cirka 2,7 V kan kretsen ses över till off-situationen.

Anledningen är frånvaron av tillräcklig ingångsspänning för att jämna ut grinden till källtrösklarna Q1 och Q2.

Medan den är i av-läge erbjuder kretsen cirka 42 kQ till ingången (av status vilande belastning). Zener-dioderna D2 och D3 är avgörande för att begränsa överskjutningsgrinden till källspänningar som uttrycks av Q och Q2 (som kanske inte får gå längre än 20 V).

D3 hindrar också katoden hos D från att skjuta över den angivna gränsen på 35V. Resistor Rd försäkrar en komprometterad förspänning mot Q2 så att den kan uppfylla Q2s dräneringsläckage i avstängt tillstånd.

Det är viktigt att titta på kroppsdioden i Q, det innebär att den inte skyddar lasten för felaktigt anslutna batterier (motsatta polaritetsingångsspänningar).

För att kunna skydda villkoret för fel batteripolaritet, kan det vara tillrådligt att använda en blockerande diod eller en förstärkt alternativ (varandra bakom varandra) PFET kan också krävas.

Kretsen kan ses tillskrivas att aktivera omedelbart, men återupprätta förhållandena ganska trögt. Kondensator C, uppvisar snabb urladdning till negativ via LMV431 i en jämn överspänning avkänns.

Så snart situationen återställs till normal hålls återanslutningen något av R3-C1-tidsfördröjningsvariablerna.

Ett betydande antal belastningar (som kan vara regulatorer) använder betydande ingångskondensatorer som möjliggör tidsfördröjning för avstängningskretsen att fungera genom att hämma den övergående svänghastigheten.

Arbetsmönstret för standardtransienten och den tillgängliga kapacitansen blir ansvarsfull fixa den avsedda fördröjningstiden.

Avstängningsimplementeringen från den föreslagna överspänningsskyddskretsen för fordonslastdump sker på cirka tolv sekunder. De förväntade högsta övergående stigningsperioderna begränsas i en balanserad nivå till de nämnda perioderna av C (belastning).

Denna krets verifierades med en C (belastning) på 1 pF. Större belastning kan provas och är okej med tanke på att snabba stigande, reducerade källimpedans-transienter ska vara närvarande.