創(chuàng)新IC助汽車遠離車禍

自從半導體時代開啟以來，汽車制造商就不得不窮于應付電壓峰值問題。由于汽車增加了燃油噴射控制、安全氣囊、衛(wèi)星無線設備、GPS、ABS和牽引力控制等功能，因此這方面的問題有增無減。由于自動電子器件已經(jīng)基本上掌控了車道控制、躲避行人和相對位置保持功能，那么當汽車在高速公路上飛馳時，保持干凈的電源總線比以往任何時候都要迫切。

預防可能是最好的處理方式，但這更多的只是一種愿望，不一定能夠?qū)崿F(xiàn)。但不可避免的是，當電源在長的電纜上流過時，只要有負載躍變就會產(chǎn)生瞬態(tài)干擾。在長線纜上發(fā)生的瞬時負向電流變化將導致正向電壓峰值。最可怕的事情是與被腐蝕的電池端子相關的“拋負載”。

眾所周知，拋負載會產(chǎn)生高達125V的浪涌電壓，并且這個電壓將保持數(shù)百毫秒。汽車工程師協(xié)會(SAE)對于拋負載的特征描述包括：5ms的5mA上升時間，以及帶有200ms時間常數(shù)的呈指數(shù)衰減下降時間。

從歷史上看，工程師曾采用電容、瞬態(tài)電壓抑制(TVS)二極管甚至熔絲來解決這個問題。但隨著汽車內(nèi)電子器件密度的提高，留給安裝保護器件等分立元件的空間越來越小。

凌力爾特公司早已推出一款用于解決過壓問題的有源器件。但正如Dobkin和他的高級設計人員在汽車制造商處與電源工程師的對話中講到的那樣，事情明擺著需要更好的器件。2007年，該公司發(fā)布了LT4356浪涌抑制器，工作電壓范圍從4V至80V，可以有效阻止輸入引腳上出現(xiàn)的高達-60V的反向瞬態(tài)電壓。

所有LT43xx系列器件都是針對汽車應用開發(fā)的線性穩(wěn)壓器，主要用來饋送像DC-DC轉(zhuǎn)換器這樣的外部器件。它們將能浪涌電壓鉗位到由外部分壓電阻設定的值，同時保持不受浪涌電流的影響。凌力爾特最早的LT4356可以抑制超過100V的浪涌電壓。它的關鍵點在于電流感測電阻的放置：位于外部旁路晶體管的上游(圖4a)。如果器件要求阻止超過100V的瞬態(tài)電壓，那就必須關閉過流保護功能。

圖4：凌力爾特公司最早的LT4356(a)浪涌抑制器及后續(xù)產(chǎn)品LT4363(b)，可以將浪涌電壓鉗位到由外部分壓電阻設定的值，同時自身不受浪涌的影響。LT4363將電流檢測功能放置在旁路晶體管之后。

凌力爾特公司在兩種新產(chǎn)品中實現(xiàn)了解決方案：帶過流保護功能的LT4363高壓浪涌抑制器以及LTC4366高壓浮動浪涌抑制器。

對于熟悉LT4356的設計人員來說，LT4363只是簡單地將過流感測功能移到了旁路FET的下游，不僅支持過流保護，同時還能承受大的瞬態(tài)電壓(圖4b)。但與LT4356一樣，它的絕對最大額定值是100V。因此，它的輸入端必須使用電阻和TVS二極管以阻止超過100V的瞬態(tài)高壓。

LT4366更加令人感興趣(圖5)。它表明了在Dobkin這樣的工程師重新考慮過去的思路時會發(fā)生什么。“如果我們允許器件采用浮動拓撲會怎么樣？”Dobkin問自己。很顯然，浮動器件可以用于連續(xù)工作在電壓超過100V、要求防止甚至超過200V瞬態(tài)電壓的系統(tǒng)中。

圖5：凌力爾特的LT4366高壓浮動型浪涌抑制器可實現(xiàn)與任何高壓浪涌的隔離(a)。LT4366有三種工作模式(b)。在啟動模式，經(jīng)過RIN的涓流用于提供偏置，并通過給柵極充電啟動電荷泵。隨后電荷泵保持柵極電壓高出源極電壓12V。在調(diào)整模式中，上端反饋電阻上的壓降保持在1.23V基準值。

在一個典型應用中，外部降壓電阻允許該器件電壓隨電源上浮，從而隔離任何高壓浪涌。這樣，工作電壓的上限僅取決于必需的大電阻以及可以處理穩(wěn)壓期間功耗的MOSFET。因為LTC4366不接地，因此與非浮動器件相比，它可以借助一些額外的功能處理高得多的瞬態(tài)電壓。

LTC4366工作在三種不同模式：啟動、運行、調(diào)整。

在啟動模式，有15μA的涓流流經(jīng)RIN。其中一半電流給柵極充電，另一半用于偏置電流。隨著GATE引腳的不斷充電，外部MOSFET將提升OUT引腳的電壓，直到器件進入運行模式。這時，輸出已經(jīng)足夠高到啟動電荷泵。隨后電荷泵就能用來滿充柵極，使之比源極電壓高出12V。