Ochrona przed przepięciami w przypadku zrzutu obciążenia samochodowego

W poście wyjaśniono obwód zabezpieczający przed przepięciem w postaci samochodowego obciążenia zrzutowego do ochrony wrażliwej i wyrafinowanej nowoczesnej elektroniki samochodowej przed przejściowymi skokami prądu stałego pochodzącymi z instalacji elektrycznej pojazdu.

Przejściowe napięcia magistrali są istotnym czynnikiem ryzyka dla układów scalonych. Maksymalne napięcie przebicia, które może tolerować układ scalony, jest określone przez jego styl i podejście projektowe, które może być przeważnie niskie w przypadku małych urządzeń CMOS.

Co to jest napięcie przejściowe

Przejściowe lub powtarzające się przepięcia, które pokonują absolutnie najwyższą specyfikację napięcia układu scalonego, mogą nieodwracalnie uszkodzić urządzenie.

Konieczność zabezpieczenia przed przepięciami jest szczególnie powszechna w samochodach o napięciu 12 V i 24 V, w których szczytowe przebiegi przejściowe „zrzutu obciążenia” są zwykle tak wysokie, jak GOV. Pewne strategie zabezpieczenia obciążenia bocznikują wejście przejściowe do masy przez urządzenia podobne do diod lawinowych i MOV.

Trudność w metodzie bocznikowej polega na tym, że prawdopodobnie przetworzona zostanie duża ilość energii.

Techniki bocznikowe są zwykle niepożądane, jeśli istnieje obowiązek zapewnienia ciągłej ochrony w sytuacji przepięcia (jak ma to miejsce w przypadku podwójnej baterii).

Projektowanie

Obwód zabezpieczający przed przepięciem dla samochodowego zrzutu obciążenia pokazany na rysunku 1 to idealny obwód odłączający lub odcinający szeregowo, który został zbudowany w celu zabezpieczenia obciążenia regulatora przełączającego o optymalnym napięciu wejściowym 24 V.

Obwód jest przeznaczony z ekonomicznych dyskretnych urządzeń i wykorzystuje pojedynczy Texas Instruments LMV431AIMF.

Biorąc pod uwagę, że ten obwód wykorzystuje urządzenie przepustowe PFET (Q1), może wystąpić marginalny spadek napięcia przewodzenia lub związana z tym utrata mocy.

Schemat obwodu

Ryc.1

Kurtuazja : Obwód ochrony przed przepięciem dla zrzutu obciążenia samochodowego

Jak działa dioda LM431AIMF

Adaptowalne odniesienie LMV431AIMF (D1) działa najlepiej w tej sytuacji tylko dlatego, że pozwala na niedrogie środki do ustalenia skrupulatnego punktu wyzwalania i monitorowania optymalnej dokładności temperatury, co jest dość trudne w przypadku diody Zenera lub podobnie przy użyciu innych alternatywnych opcji (1% dla Wersja A, 0,5% dla wersji B).

Aby zachować tę dokładność i niezawodność, rezystory R1 i R2 są wybrane z tolerancją 1% lub jeszcze lepsze mogą być zalecane.

Zmienne napięcia odniesienia mogą być zwykle błędnie rozważane. Weźmy na przykład: „Jaki jest ten trzeci przewód kończący się od tej diody”?

Można znaleźć wiele typów zmiennych odniesienia napięcia. Różne mają różne wbudowane napięcie, podczas gdy inne mają zmienną biegunowość kierunku prądu.

Wszystkie z nich można zidentyfikować za pomocą kilku fundamentalnych (i dość znaczących) etapów: Regulowanego temperaturowo, dokładnego odniesienia napięcia w paśmie wzbronionym, wraz ze wzmacniaczem błędu wzmocnienia (jako komparator w omawianym układzie).

Większość części wykazuje jednolite wyniki dzięki zastosowaniu otwartego kolektora lub emitera. Rysunek 2 przedstawia koncepcyjnie, czego można się spodziewać w Texas Instruments LMV431AIMF.

Obliczanie progu odcięcia

Napięcie wejściowe jest sprawdzane i kontrolowane przez LMV431 za pomocą dzielnik napięcia R1 i R2. Obwód przedstawiony na rysunku 1 jest skonfigurowany do aktywacji przy napięciu 19,2 V, chociaż można wybrać dowolne obniżenie poziomu, które można obliczyć za pomocą następujących równań:

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

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

Jak to działa

Wyjście LMV431 obniża się, gdy tylko zostanie wykryte, że ustawiony pin odniesienia jest powyżej 1,24V. Katoda LMV431 jest w stanie obniżyć poziom nasycenia do około 1,2V.

Wspomniany poziom może wystarczyć do wyłączenia Q2. Q2 był głównie wybierany ręcznie, aby przenosić podwyższony próg bramki (> 1,3 V). Nie zaleca się używania zamiany w Q2 bez rozważenia tego.

Warunki pracy chipa dla D1, Q2 i Q1 przedstawiono w Tabeli 1 dla stanu obejmującego przecięcie punktu 19,2 V.

Warunki działania obwodów przedstawiono szczegółowo na rysunku 3. Można spodziewać się, że obniżenie poziomu będzie w przybliżeniu w pobliżu 2,7 V do GOV. Poniżej około 2,7 V obwód można zobaczyć przechodząc do stanu wyłączenia.

Powodem jest brak wystarczającego napięcia wejściowego, aby wyrównać bramkę do progów źródła Q1 i Q2.

Gdy jest w stanie wyłączenia, obwód dostarcza około 42 kQ do wejścia (obciążenie spoczynkowe w stanie wyłączenia). Diody Zenera D2 i D3 mają kluczowe znaczenie dla ograniczenia przekroczenia bramki do napięć źródłowych wyrażonych przez Q i Q2 (które mogą nie przekraczać 20 V).

D3 podobnie powstrzymuje katodę D przed strzelaniem powyżej określonej granicy 35V. Rezystor Rd zapewnia kompromisowe odchylenie do Q2, dzięki czemu może spełnić wyciek drenu Q2 w stanie wyłączonym.

Ważne jest, aby obserwować diodę korpusu w Q, oznacza to, że nie zapewnia ona zabezpieczenia obciążenia dla nieprawidłowo podłączonego akumulatora (napięcia wejściowe o przeciwnej polaryzacji).

Aby zabezpieczyć stan złej polaryzacji baterii, może być wskazane zastosowanie diody blokującej lub wzmocniony alternatywny (jeden za drugim) PFET.

Można zauważyć, że obwód uruchamia się natychmiast, chociaż przywraca warunki raczej powolnie. Kondensator C wykazuje szybkie rozładowanie do ujemnego przez LMV431 nawet w przypadku wykrycia przepięcia.

Gdy tylko sytuacja wróci do normy, ponowne połączenie jest nieznacznie wstrzymywane przez zmienne opóźnienia czasowego R3-C1.

Znaczna liczba obciążeń (które mogą być regulatorami) wykorzystuje znaczne kondensatory wejściowe, które umożliwiają opóźnienie czasowe dla obwodu odcinającego poprzez hamowanie przejściowej szybkości narastania.

Wzorzec roboczy standardowego stanu przejściowego i dostępna pojemność stają się odpowiedzialne za ustalenie zamierzonego czasu reakcji opóźnienia.

Realizacja odcięcia od proponowanego obwodu ochrony przed przepięciem dla samochodowego zrzutu obciążenia trwa około dwunastu sekund. Oczekiwane najwyższe przejściowe okresy narastania są ograniczone na poziomie zrównoważonym do wspomnianych okresów przez C (obciążenie).

Ten obwód został zweryfikowany przy C (obciążenie) 1 pF. Można wypróbować większe obciążenie i jest to w porządku, biorąc pod uwagę gwałtowne wzrosty, powinny występować przejściowe impulsy o zmniejszonej impedancji źródła.