자동차 부하 덤프를위한 과전압 보호

이 게시물은 차량 전기에서 발생하는 과도 DC 전기 스파이크로부터 민감하고 정교한 현대 자동차 전자 장치를 보호하기 위해 자동차 덤프 부하 형태의 과전압 차단 보호 회로를 설명합니다.

과도 버스 전압은 집적 회로에 중요한 위험 요소입니다. 집적 회로가 허용하도록 지정 될 수있는 최대 항복 전압은 소형 CMOS 장치의 경우 주로 낮을 수있는 스타일 및 설계 접근 방식에 따라 결정됩니다.

과도 전압이란?

IC의 절대 최고 전압 사양을 무효화하는 일시적이거나 반복적 인 과전압 상황은 장치에 돌이킬 수없는 손상을 줄 수 있습니다.

과전압 안전에 대한 필요성은 피크 '부하 덤프'과도 전류가 일반적으로 GOV만큼 높은 자동차 12V 및 24V 설계에서 특히 일반적입니다. 특정 부하 보호 전략은 애벌랜치 다이오드 및 MOV와 유사한 장치를 통해 입력 과도를 접지로 분로합니다.

션트 방법의 어려움은 많은 전력이 처리 될 수 있다는 것입니다.

션트 기술 과전압 상황 전반에 걸쳐 지속적인 보호를 제공 할 의무가있는 경우 일반적으로 바람직하지 않습니다 (이중 배터리로 발생).

디자인

그림 1에 표시된 자동차 부하 덤프 용 과전압 보호 회로는 최적의 입력 전압이 24V 인 스위칭 조정기 부하를 보호하기 위해 구축 된 완벽한 직렬 차단 또는 직렬 차단 회로입니다.

이 회로는 경제적 인 개별 장치에서 만들어졌으며 단일 텍사스 인스트루먼트 LMV431AIMF.

이 회로가 PFET 패스 장치 (Q1)를 사용한다는 점을 감안할 때 순방향 전압 강하 또는 관련 전력 손실이있을 수 있습니다.

회로도

그림 1

예의 : 자동차 부하 덤프 용 과전압 보호 회로

LM431AIMF 다이오드의 작동 원리

LMV431AIMF (D1) 적응 형 레퍼런스는 저렴한 방법으로 세심한 트립 포인트를 확인하고 제너 다이오드를 사용하거나 다른 대체 옵션을 사용하여 최적의 온도 정확도를 모니터링 할 수 있기 때문에 ( A 버전, B 버전의 경우 0.5 %).

이 정확도와 신뢰성을 유지하기 위해 저항 R1 및 R2는 1 % 허용 오차로 선택되거나 더 나은 것이 권장 될 수 있습니다.

가변 기준 전압은 일반적으로 잘못 고려 될 수 있습니다. 예를 들어 : '그 다이오드에서 끝나는 세 번째 와이어는 무엇입니까?'

다양한 유형의 가변 전압 레퍼런스를 찾을 수 있습니다. 다른 내장 설정 전압을 소유하고 다른 것은 교류 방향 극성을 가지고 있습니다.

이들 모두는 몇 가지 기본 (그리고 매우 중요한) 단계로 식별 할 수 있습니다. 온도가 조절되고 정확한 밴드 갭 전압 레퍼런스와 이득 오류 증폭기 (설명 된 회로에서 비교기로 통합됨)가 있습니다.

대부분의 부품은 개방형 컬렉터 또는 이미 터를 통합하여 단일 PoIar 결과를 나타냅니다. 그림 2는 Texas Instruments LMV431AIMF 내부에서 예상되는 내용을 개념적으로 나타냅니다.

임계 값 컷 계산

입력 전압은 LMV431에 의해 확인되고 제어됩니다. 전압 분배기 R1 및 R2. 그림 1에 자세히 설명 된 회로는 19.2V에서 활성화되도록 구성되어 있지만 다음 방정식을 사용하여 임의의 레벨 컷을 선택할 수 있습니다.

Vtrip = 1.24 x (R1 + R2 / R1)

R2 = R1 (Vtrip / 1.24-1)

작동 원리

LMV431의 출력은 설정된 기준 핀이 1.24V 이상으로 감지되는 즉시 내려갑니다. LMV431의 음극은 약 1.2V의 포화 수준으로 낮출 수 있습니다.

언급 된 수준은 Q2를 끄기에 충분할 수 있습니다. Q2는 주로 높은 게이트 임계 값 (> 1.3V)을 전달하기 위해 손으로 선택되었습니다. 이를 고려하지 않고 Q2에 대한 대체를 사용하지 않는 것이 좋습니다.

D1, Q2 및 Q1의 칩 작동 조건은 19.2V 포인트 컷을 포함하는 조건에 대해 표 1에 나와 있습니다.

회로 작동 조건은 그림 3에 자세히 나와 있습니다. 레벨 컷은 약 2.7V ~ GOV 부근에서 예상 할 수 있습니다. 약 2.7V 이하에서는 회로가 꺼짐 상태로 전환되는 것을 볼 수 있습니다.

그 이유는 Q1 및 Q2의 소스 임계 값에 대한 게이트 레벨을 높이기에 충분한 입력 전압이 없기 때문입니다.

오프 상태에있는 동안 회로는 입력에 약 42kQ를 제공합니다 (오프 상태 대기 부하). 제너 다이오드 D2 및 D3은 오버 슈팅 게이트를 Q 및 Q2 (20V를 초과 할 수 없음)로 표현되는 소스 전압으로 제한하는 데 중요합니다.

D3는 마찬가지로 D의 음극이 지정된 제한 인 35V를 초과하는 것을 방지합니다. 저항 Rd는 Q2에 대한 절충 된 바이어스를 보장하므로 오프 상태에서 Q2의 드레인 누설을 충족 할 수 있습니다.

Q에서 바디 다이오드를 관찰하는 것이 중요합니다. 이는 잘못 연결된 배터리 (반대 극성 입력 전압)에 대한 부하를 보호하지 않음을 의미합니다.

잘못된 배터리 극성의 상태를 보호하려면 차단 다이오드를 통합하거나 강화 된 대체 (하나는 다른 것) PFET가 필요할 수도 있습니다.

회로는 조건을 다소 느리게 재설정하더라도 즉시 작동하는 것으로 볼 수 있습니다. 커패시터 C는 과전압이 감지되는 경우에도 LMV431을 통해 음으로 빠르게 방전됩니다.

상황이 정상으로 회복 되 자마자 재 연결은 R3-C1 시간 지연 변수에 의해 약간 보류됩니다.

상당한 수의 부하 (레귤레이터 일 수 있음)는 과도 슬 루율을 억제하여 차단 회로가 작동하는 시간 지연을 허용하는 상당한 입력 커패시터를 사용합니다.

표준 과도 전류의 작동 패턴과 사용 가능한 커패시턴스는 의도 된 지연 응답 시간을 수정합니다.

제안 된 자동차 부하 덤프 용 과전압 보호 회로의 차단 구현은 약 12 ​​초 내에 이루어집니다. 예상되는 최고 과도 상승 기간은 균형 수준에서 C (부하)에 의해 언급 된 기간으로 제한됩니다.

이 회로는 1pF의 C (부하)로 검증되었습니다. 더 큰 부하를 시도 할 수 있으며 급격한 서징, 감소 된 소스 임피던스 과도 전류를 고려하면 괜찮습니다.