是否有适合汽车应用的过压和欠压保护装置

是否有适合汽车应用的过压和欠压保护装置

（2024年7月7日更新）

启动期间的点火启动和关闭期间的负载突然下降是汽车电源线路中电压瞬变的常见原因。这些欠压(UV)和过压(OV)瞬变幅度很大，可能会损坏非专门在极端条件下运行的电路。目前已经开发出专门的UV和OV用于切断敏感电子器件与电源瞬变之间的连接。

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LTC4368是一款的UV和OV保护器件。它利用窗口比较器来监测和验证输入电源。通过连接至UV和OV监测器引脚的电阻分压器网络监测电源电压。窗口比较器输出驱动两个N通道MOSFET电源与负载之间的连接是闭合或断开的。

LTC4368窗口比较器在监测器引脚上提供25 mV为了提高抗干扰性，延迟可以防止电源线上的纹波或其他高频振荡。MOSFET导通/关断切换错误。LTC4368提供的25 mV迟滞相当于监测器引脚阈值的5%UV和OV保护装置很常见。

为了保护电路或减少点火负荷，必须在启动或关闭期间断开一些汽车附件电路和电源线。这些电路可能需要更多的迟滞，因为有更大的瞬变(超过LTC单独提供的4368迟滞)。对于这类应用，可以LTC4368和提供可调迟滞的电源监测器(如 LTC2966)匹配，以满足更高延迟的要求。图1显示了宽电压范围内汽车电路保护器的示例。在这个电路中，LTC2966用作窗口比较器，LTC4368负责将负载连接到电源。

图1.电源路径控制采用宽电压监测器迟滞。

汽车提供电路保护UV/OV和过流监测器

图1所示的解决方案可以保护易受汽车电源线路欠压、过压和过流瞬变影响的电子设备。LTC2966监测反向电压、欠压和过压。监测阈值和迟滞电平由监测阈值和迟滞电平由INH和INL引脚上的电阻网和RS1和RS配置引脚上的电压。

OUTA是UV窗口比较器输出，OUTB是OV窗口比较器输出。这些输出的极性可以通过PSA和PSB引脚选择相对于输入反相或同相。它们在图1中配置为同相。LTC2966的OUTA和OUTB输出上拉至LTC2966的REF引脚，然后直接馈入LTC4368的UV和OV引脚。

LTC4368提供反向电流和过流保护。电流检测电阻R反向电流电平和过流电平决定了11的大小。LTC根据其过流比较器和LTC2966年提供的监控信息确定负载是否应连接到电源。UV、OV和SENSE引脚是影响决策的因素。如果三个引脚都符合条件要求，GATE引脚拉至VOUT以上负载通过双路N通道MOSFET电源路径与电源相连。如果三个引脚中有一个不符合要求，GATE引脚拉至VOUT下面，负载与电源断开。

直接由电池供电的汽车应用程序在发动机启动和停止期间容易受到较大的电压波动的影响。在这种保护解决方案中，电压监测阈值由标称工作电压和预期电压决定，以确保下游电子设备受到保护。

汽车点火装置通电启动车辆时，会产生启动瞬变。LTC2966的通道A配置为检测启动瞬变。

图2.VOUT与VIN关系曲线。

图2显示了当电源路径处于活动状态时的输入电压。启动监控器通道A配置7 V降压阈值和10 V升压阈值。负载突降监测器通道B配置配置为具有18 V升压阈值和15 V降压阈值。通过查看不同的启动和负载突降波形规格来获得这些阈值。如有必要，可调整LTC2966的INL和INH输入电阻分压器串，轻松配置不同阈值。

配置

图3。电阻分压器决定了电压监测器的阈值。

图3显示了如何计算该应用程序的电阻分压器值。LTC2966的REF引脚提供2.404 V。

图4.范围和比较器输出极性选择。

图4显示了电路的范围和输出极性配置。根据要监测的特定通道的电压范围，选择各通道的范围。范围由RS1A/B和RS2A/B引脚配置。LTC无论是拉高还是拉低，2966输出引脚的极性都是设置的PSA和PSB确定引脚。在这个应用中，LTC4368的输入引脚决定LTC2966输出引脚的极性。连接到电源的负载，UV引脚的电压必须大于0.5 V，OV引脚的电压必须小于0.5 V。

反向电压保护

在图1所示的解决方案中，LTC2966和LTC反向电压保护4368：LTC4368内置?40 V反向电压保护，LTC2966需要选择保护装置。

图5.适用于LTC反向电压保护方法2966。

图5显示了适用性LTC两种反向电压保护方法：一种是电阻解决方案，另一种是二极管解决方案，具体选择取决于应用。

二极管只在电路正常运行(即正电压)期间激活二极管。LTC2966的电源电流是几十微安，所以使用低功率二极管就足够了，可以提供小尺寸的解决方案。在反向电压事件中，二极管会阻止电流从LTC2966电源引脚流出。二极管的反向击穿电压决定了选择哪种二极管。为了匹配LTC4368，应该选择40 V二极管。使用二极管解决方案后，正压降可能对欠压锁定阈值和电压监测阈值精度产生负面影响。

在电阻解决方案中，应选择足够大的电阻，以便在反向电压事件中从安全限制LTC2966电源线引出的电流。但是，应适当考虑电阻的大小，以确保对欠压锁定和电压监测阈值精度的影响最小。选择合适的包装尺寸，以确保电阻保持安全功耗。

在此应用中，与输入串联的二极管正向电压会严重影响电压监测阈值的精度。使用电阻解决方案时，可选择使用1.96 kΩ保护限流电阻LTC2966不受反向电压影响。如果输入电压下拉至40 V以下，所选电阻可将输入引脚输出的电流限制在20 mA。低电阻只会导致几毫伏压降，因此电阻对阈值精度的影响可以忽略不计。

保护过流和浪涌电流

图6.采用过流和浪涌电流保护。

LTC4368负责过流和浪涌电流的保护。图6显示了相关组件。LTC4368内部比较器监测电流检测电阻R两端的压降。如果是正向（VIN至VOUT，过流比较器在SENSE至VOUT的电压超过50 mV时断路。如果是负向（VOUT至VIN，过流比较器在SENSE至VOUT的电压超过–3 mV时断路。该应用程序使用一个20 mΩ检测电阻，将限流值设置为 2.5 A和–150 mA。

浪涌电流限制允许在不位置正向过流保护的情况下上电。R10和C一是浪涌电流限制装置。

将浪涌电流限制为1 A，远低于2.5 A正限流值。C基于所需的浪涌限流值和C选择2的大小。R10可防止C1降低反向极性保护响应速度，稳定快速下拉电路，防止故障震颤。

C4电容器用于在正过流事件后设置重试延迟。重试延迟是检测过流事件后，MOSFET格栅极保持低电平。在此应用中，重试延迟为250 ms。在MOSFET栅极添加10Ω电阻R14和R15，用于防止PCB寄生电容器的布局产生电路振荡。

功能演示

启动事件

图7.完全启动波形。

基准特性测试原型，结果。点火激活前，VIN通道A配置大于10 V监测阈值上升。LTC4368-2 UV被LTC2966的OUTA将引脚拉高至500 mV阈值以上激活电源路径，并且VIN。

在启动过程中，12 V总线下拉至6 V。超过7 V降压监测阈值后，OUTA立即下拉LTC4368-2的UV引脚。LTC它将对4368-2做出反应GATE拉下引脚，切断开关元件的电源，使VOUT 降至0 V。电压监测电阻分压器编程设置的3 V迟滞允许LTC2966忽略了启动期间总线上的纹波。因此，开关元件在启动周期完成前一直关闭。启动周期结束时，电池电压恢复到其标称值，大于10 V阈值。OUTA引脚将LTC4368-2 UV拉高引脚，重新通电开关元件。

图8.开始恢复。

图8显示启动恢复行为。可以看到，LTC4368-2内部恢复定时器(一般为36 ms）在重新连接开关元件的电源之前，满足要求。还可以看出，重新连接开关元件的电源后，VIN暂时降低。这是由负载电容和串行输入电感充电引起的。这表明需要宽电压监测阈值迟滞。负载电容器充电的瞬变将会变成LTC2966忽略。

图9.完整的负载突降波形。

图9显示了电路的负载突降。熄火前，VIN为标称值。电源路径已激活VOUT= VIN。在负载突降过程中，电池电压上拉至100 V。超过18 V升压监测阈值后，OUTB立即上拉LTC4368-2的0 V引脚。LTC它将对4368-2做出反应GATE引脚拉低，使电源路径断开，VOUT降至0 V。开关元件保持断开，直之前，开关元件保持断开 V。超过15 V降压阈值后，LTC2966的OUTB下拉LTC4368-2的0 V引脚，在LTC4368-2内部恢复定时器超时后，TC开关元件的电源再次接通4368-2。

图10.反向电压保护测量。

图10显示采用1.96 kΩ在反向电压事件期间限制电阻LTC2966电源引脚输出电流。应用输入电压为0 V降至–40 V。VINA和VINB引脚输出的电流限制在20 mA，VINA和VINB引脚电压保持低于接地电压几百毫伏。LTC反向电压事件安全发生在2966年。

正过流保护

图11显示由R10和C1确定的浪涌限流值。如预期，浪涌电流限制在1 A，VOUT直接上拉至12，无位置过流限值 V。

图11.浪涌电流限值。

图12.位置正向过流保护和重试延迟。

图12显示LTC4368对正过流事件的响应。SENSE和VOUT引脚之间的电压超过50 mV时，LTC正向过流比较器在4368中断路。电流检测电阻R11的值为20 mΩ，可应用的限流值设置为2.5 A。

在演示中，电流突然升高，直到过流保护位置。如预期，过流保护在2.5 A时激活。LTC4368从电源中电源VOUT负载电流降至0 V。LTC4368重试定时器满足要求之后，LTC4368将电源重新连接到负载。如果过流消失，负载将与电源连接。否则，LTC来自电源的负载将4368。可以通过在RETRY引脚增加电容来增加重试延迟。如有必要，可以转让RETRY接地锁定引脚VOUT。在此电路中，重试定时器设置为250 ms。请参考重试定时器的配置说明LTC4368数据手册。

图13.位置反向过流保护。

图13显示LTC4368反向过流瞬变响应。反向过流比较器检测VOUT和SENSE引脚之间的电压。反向过流位置的电压阈值取决于特定的产品型号。LTC4368-1在50 mV时置位，LTC4368-2在3 mV时置位。此应用使用LTC4368-2型号。电流检测电阻R11为20 mΩ。这将反向过流限值设置为150 mA。

在这种情况下，当电源为负载提供100时 mA时，VOUT有电压阶跃，所以 VOUT的值大于VIN。随着VOUT增大，ILOAD减小。电压阶跃足够大，迫使电流从负载流向电源。直到反向电流达到150 mA，反向过流比较器断路。反向过流比较器断路时，GATE拉下引脚。这将去除来自电源的负载，防止负载进一步向后驱动电源。LTC在它检测到之前，4368将使栅极保持低电平VOUT降至低于VIN100 mV。

结论

根据本文中的汽车应用，使用专用保护设备可以简化汽车保护电路的实施方案。很少使用附加电路LTC2966和LTC4368-2组合在一起，可提供准确、可靠、全面的瞬变保护。这些设备应用灵活，可用于各种应用。

LTC4368

● 宽工作电压范围：2.5V 至 60V

● 过压保护至 100V

● 反向电源保护 –40V

● 双向电子电路断路器：

○ 50mV 正向检测门限

○ –50mV 反向 (LTC4368-1)

○ –3mV 反向 (LTC4368-2)

● 可调 ±1.5% 欠压和过压门限

● 低工作电流：80μA