Ylijännitesuoja autojen kuormanlaskulle

Posti selittää ylijännitteen katkaisun suojapiirin autojen kaatokuorman muodossa herkän ja hienostuneen nykyaikaisen autoelektroniikan suojaamiseksi ajoneuvojen sähkövirrasta tulevilta ohimeneviltä tasajännitesähköpiikeiltä.

Ohimenevät väyläjännitteet ovat merkittävä riskitekijä integroiduille piireille. Suurin hajoamisjännite, jonka integroitu piiri voidaan määritellä sietämään, määräytyy sen tyylin ja suunnittelun perusteella, joka voi olla pääasiassa pieni pienille CMOS-laitteille.

Mikä on ohimenevä jännite

Ohimenevä tai toistuva ylijännitetilanne, joka voittaa mikropiirin absoluuttisen korkeimman jännitteen, saattaa vahingoittaa laitetta peruuttamattomasti.

Ylijänniteturvallisuuden tarve on erityisen yleistä autojen 12 V ja 24 V malleissa, joissa huippukuormituksen transientit ovat yleensä yhtä korkeita kuin GOV. Tietyt kuormansuojastrategiat vaihtavat tuloa maahan transienttisesti lumivyörydiodien ja MOV-laitteiden kaltaisten laitteiden kautta.

Shunt-menetelmän vaikeus on, että suuri määrä voimaa saattaisi päätyä prosessoitavaksi.

Shunt-tekniikat ovat yleensä ei-toivottuja, jos on velvollisuus tarjota jatkuva suoja koko ylijännitetilanteessa (kuten tapahtuu kahdella paristolla).

Muotoilu

Kuvan 1 mukainen ylijännitesuojapiiri autojen kuormanlaskulle on täydellinen sarjakatkaisu- tai sarjakatkaisupiiri, joka on rakennettu suojaamaan kytkentäsäätimen kuormitusta, jonka optimaalinen tulojännite on 24 V.

Piiri on tarkoitettu taloudellisista erillisistä laitteista ja käyttää yhtä Texas Instruments LMV431AIMF.

Ottaen huomioon, että tämä piiri käyttää PFET-siirtolaitetta (Q1), voi olla marginaali eteenpäin suuntautuva jännitehäviö tai siihen liittyvä tehohäviö.

Piirikaavio

Kuvio 1

Kohteliaisuus : Autojen kuormanlaskun ylijännitesuojapiiri

Kuinka LM431AIMF-diodi toimii

LMV431AIMF (D1) -sovittuva referenssi toimii parhaiten tässä tilanteessa vain siksi, että se mahdollistaa edullisen keinon tarkan laukaisupisteen selvittämiseen ja optimaalisen lämpötilatarkkuuden seurantaan, josta tulee melko vaikeaa zener-diodilla tai vastaavasti käyttämällä muita vaihtoehtoisia vaihtoehtoja (1% Versio, 0,5% B-versiolle).

Tämän tarkkuuden ja luotettavuuden säilyttämiseksi vastukset R1 ja R2 valitaan 1%: n toleranssiksi tai suositellaan vielä parempaa.

Vaihtelevat referenssijännitteet voidaan yleensä harkita väärin. Otetaan esimerkiksi: 'Mikä tuo kolmas johto päättyy diodista'? '

Löydät useita erilaisia ​​vaihtelevan jännitteen viitteitä. Eri, joilla on erilainen sisäänrakennettu asetettu jännite, kun taas toisilla on vaihtovirta-napaisuus.

Kaikki ne voidaan identifioida muutamalla perustavanlaatuisella (ja melko merkittävällä) vaiheella: Lämpötilasäädellyllä, tarkalla kaistavälijännitteen referenssillä, yhdessä vahvistuksen virhevahvistimen kanssa (sisällytetty vertailijana keskusteltuun piiriin).

Suurimmalla osalla osista on ainutlaatuisia tuloksia sisällyttämällä siihen avoin kerääjä tai säteilijä. Kuva 2 kuvaa käsitteellisesti, mitä Texas Instruments LMV431AIMF: n sisällä voi odottaa.

Lasketaan kynnysarvo

Tulojännite tarkistetaan ja ohjataan LMV431: n avulla jännitteenjakaja R1 ja R2. Kuvassa 1 kuvattu piiri on konfiguroitu aktivoitumaan 19,2 V: n jännitteellä, vaikka mielivaltainen tason leikkaus voitaisiin valita, joka voidaan selvittää käyttämällä seuraavia yhtälöitä:

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

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

Kuinka se toimii

LMV431: n lähtö laskee heti, kun asetetun referenssitapin havaitaan olevan yli 1,24 V. LMV431: n katodi pystyy laskemaan noin 1,2 V: n kyllästystasolle.

Mainittu taso voi olla riittävä Q2: n sammuttamiseksi. Q2 valittiin pääasiassa käsin korotetun porttikynnyksen (> 1,3 V) kantamiseksi. Q2: n korvaamista ei suositella ottamatta tätä huomioon.

Sirun toimintaolosuhteet D1: lle, Q2: lle ja Q1: lle on esitetty taulukossa 1 tilalle, johon liittyy pisteen 19,2 V: n leikkaus.

Piirien toimintaolosuhteet on kuvattu yksityiskohtaisesti kuvassa 3. Tason leikkauksen voidaan odottaa olevan suunnilleen 2,7 V - GOV läheisyydessä. Noin 2,7 V: n alapuolella piiri voidaan nähdä siirtymässä pois päältä -tilanteeseen.

Syynä on riittämättömän tulojännitteen puuttuminen portin tasoittamiseksi Q1: n ja Q2: n lähdekynnyksiin.

Samalla kun piiri on pois päältä, piiri tarjoaa tulolle noin 42 kQ (virrankatkaisu lepotilassa). Zener-diodit D2 ja D3 ovat ratkaisevia rajoitettaessa ylityssulkuportin lähdejännitteille, jotka ilmaistaan ​​Q: lla ja Q2: lla (joiden ei välttämättä saa ylittää 20 V: ta).

Samoin D3 estää D: n katodia ampumasta yli määritetyn 35 V: n rajan. Vastus Rd varmistaa Q2: n vaarantuneen esijännityksen, jotta se pystyy täyttämään Q2: n tyhjennysvuodon pois päältä -tilassa.

On tärkeää seurata kehon diodia Q: ssa, se tarkoittaa, että se ei suojaa väärin liitetyn akun kuormitukselta (päinvastaiset napaisuuden tulojännitteet).

Väärän pariston napaisuuden kunnon takaamiseksi voi olla suositeltavaa sisällyttää estodiodi tai vahvistettu vaihtoehto (yksi toisensa takana). PFET voidaan myös tarvita.

Piirin voidaan nähdä toimivan välittömästi, vaikka olosuhteet palautetaankin melko hitaasti. Kondensaattori C näyttää nopean purkautumisen negatiiviseksi LMV431: n kautta tasaisena, jos ylijännite tunnistaa.

Heti kun tilanne palautuu normaaliksi, R3-C1-aikaviive-muuttujat pitävät uudelleen muodostamista uudelleen.

Huomattava määrä kuormia (jotka voivat olla säätimiä) käyttävät huomattavia tulokondensaattoreita, jotka sallivat aikaviiveen katkaisupiirille toimimalla estämällä transienttisen taajuuden.

Normaalin transientin toimintamalli ja käytettävissä oleva kapasitanssi tulevat vastuullisiksi vahvistamaan suunnitellun viiveen vasteajan.

Ehdotettu ylijännitesuojapiiri suljetaan autoteollisuuden kuorma-autolle noin kahdentoista sekunnin kuluessa. Odotetut korkeimmat transienttiset nousujaksot rajoittavat C (kuormitus) tasapainossa mainituille ajanjaksoille.

Tämä piiri varmistettiin C (kuormituksella) 1 pF. Suurempaa kuormitusta voidaan kokeilla ja se on kunnossa, kun otetaan huomioon nopea aalto, lähdeimpedanssin pienempiä transientteja on oltava läsnä.