Albert Hinckley

啟動期間的點火起動和停機期間的負載突降是汽車電源線上電壓瞬變的常見來源。這些欠壓（UV）和過壓（OV）瞬變可能具有很大的幅度，并且會損壞未設計用于在這些極端情況下工作的電路。已經開發出專門的紫外線和OV保護器件，用于斷開敏感電子設備與電源瞬變的聯系。

LTC?4368 是專用的 UV 和 OV 保護器件的一個示例。它利用一個窗口比較器來監視和驗證輸入電源。電源電壓由連接到 UV 和 OV 監視器引腳的電阻分壓器網絡監視。窗口比較器輸出驅動兩個 N 溝道 MOSFET 的柵極，這些 MOSFET 負責接通或斷開電源和負載之間的連接。

LTC4368的窗口比較器在其監視器引腳上設計有25 mV遲滯，以提高抗擾度。遲滯可以防止由于電源線上的紋波或其他高頻振蕩而導致的假MOSFET開/關開關。LTC25的4368 mV遲滯相當于監控引腳閾值的5%，在UV和OV保護器件中很常見。

為了保護自身或減少點火負載，一些汽車附件電路必須在啟動或關閉期間與電源線斷開連接。由于涉及較大的瞬變，這些電路可能需要比 LTC4368 單獨提供的更多的遲滯。對于此類應用，通過將 LTC4368 與具有可調遲滯的電源監視器 （例如 LTC2966） 匹配，可以滿足增加的遲滯要求。圖1是一個寬電壓范圍的汽車電路保護器示例。在該電路中，LTC2966 承擔窗口比較器的角色，而 LTC4368 負責將負載連接至電源。

圖1.具有寬電壓監視器遲滯的電源路徑控制。

帶電路保護的汽車UV/OV和過流監控器

圖1所示的解決方案可保護對汽車電源上存在的欠壓、過壓和過流瞬變敏感的電子設備。

LTC2966 可監視反向電壓、欠壓和過壓情況。監控閾值和遲滯電平由 INH 和 INL 引腳上的電阻網絡以及 RS1 和 RS2 引腳上的電壓配置。OUTA是UV窗口比較器輸出，OUTB是OV窗口比較器輸出。這些輸出的極性可以通過PSA和PSB引腳選擇為相對于輸入的反相或同相。在圖1中，它們配置為同相。LTC2966 的 OUTA 和 OUTB 輸出被上拉至 LTC2966 的 REF 引腳，并直接饋送到 LTC4368 的 UV 和 OV 引腳。

LTC4368 提供了反向電流和過流保護。電流檢測電阻R11的大小決定了反向電流和過流水平。LTC4368 根據其過流比較器以及來自 LTC2966 的監視信息來決定是否應將負載連接至電源。UV、OV和SENSE（過流）引腳都參與決策過程。如果所有三個引腳都滿足條件，則柵極引腳拉力高于V外負載將通過雙通道 N 溝道 MOSFET 電源路徑連接到電源。如果三個引腳中的任何一個不滿意，GATE 引腳將拉到V 以下外并且負載與電源斷開。

直接由電池供電的汽車應用在發動機啟動和停止期間會受到較大的電壓擺動。在該保護解決方案中，電壓監控閾值基于標稱工作電壓和汽車起動或拋負載情況下的預期電壓，同時確保下游電子設備受到保護。

當汽車點火通電以啟動車輛時，會產生起動瞬變。在此應用中，LTC2966 的通道 A 配置為檢測起動瞬變。

當汽車關閉時，會產生拋負載瞬變。當汽車線束中的電流突然停止時，電池總線上會出現高幅度電壓尖峰。在此應用中，LTC2966 的通道 B 配置為檢測拋負載瞬變。

圖2.V外與 V在.

圖2顯示了電源路徑處于活動狀態的輸入電壓。起動監視器通道A配置為具有7 V的下降電壓閾值和10 V的上升閾值。拋負載監控器通道B配置為具有18 V的上升閾值和15 V的下降閾值。這些閾值是通過查看不同的起動和拋負載波形規格獲得的。如果需要，可通過調整 LTC2966 的 INL 和 INH 輸入的電阻分壓器串輕松配置不同的門限。

配置

圖3.電壓監視器閾值的電阻分壓器確定。

圖3顯示了如何計算該應用的電阻分壓器值。LTC2966的REF引腳為2.404 V供電。

圖4.范圍和比較器輸出極性選擇。

圖4顯示了該電路的范圍和輸出極性配置。每個通道的范圍選擇基于要監視的特定通道的電壓范圍。范圍由 RS1A/B 和 RS2A/B 引腳配置。LTC2966 輸出引腳的極性（無論它們拉高還是拉低）均通過設置 PSA 和 PSB 引腳來確定。在此應用中，LTC4368 的輸入引腳決定了 LTC2966 輸出引腳的極性。要將負載連接到電源，UV引腳必須大于0.5 V，OV引腳必須小于0.5 V。

反向電壓保護

在圖1所示的解決方案中，LTC2966和LTC4368均受到反向電壓保護：LTC4368具有?40 V的內置反向電源保護，而LTC2966則需要選擇元件。

圖5.LTC2966 可能的反向電壓保護方法。

圖 5 示出了 LTC2966 的兩種可能的反向電壓保護方案 — 電阻解決方案和二極管解決方案 — 其中根據應用在它們之間進行選擇。

在二極管溶液中，二極管僅在正常電路（即正電壓）操作期間有效。LTC2966 的電源電流為數十微安，這意味著一個低功率二極管就足夠了，并提供了一個小占板面積的解決方案。在一個反向電壓事件期間，二極管阻止電流從 LTC2966 電源引腳流出。二極管的選擇由二極管的反向擊穿電壓驅動。為了匹配LTC4368，應選擇40 V二極管。二極管解決方案的結果是，正向壓降可能會對欠壓鎖定閾值和電壓監控閾值精度產生負面影響。

在電阻器解決方案中，電阻器選擇得足夠大，以便在反向電壓事件期間安全地限制從 LTC2966 電源線拉出的電流。但是，注意電阻尺寸可確保對欠壓鎖定和電壓監控閾值精度的影響最小。正確的封裝尺寸選擇可確保安全的電阻器功耗。

對于此應用，監控電壓足夠低，以至于與輸入串聯的二極管正向電壓會顯著降低電壓監控閾值的精度。使用該電阻解決方案時，選擇1.96 kΩ限流電阻器來保護LTC2966免受反向電壓事件的影響。如果輸入電壓下拉至?20 V，電阻的尺寸可將輸入引腳的電流限制為40 mA。低阻值電阻僅產生幾毫伏的壓降，因此電阻對閾值精度的影響可以忽略不計。

過流和浪涌電流保護

圖6.應用過流和浪涌電流保護。

LTC4368 負責為該應用提供過流和浪涌電流保護。圖 6 顯示了負責的組件。LTC4368 內部的比較器監視電流檢測電阻器 R11 兩端的壓降。在向前方向，V在到 V外，過流比較器在SENSE至V時會跳閘外電壓超過 50 mV。在負方向上，V外到 V在，過流比較器在SENSE至V時會跳閘外電壓超過 –3 mV。該應用采用20 mΩ檢測電阻，將電流限值設置為+2.5 A和–150 mA。

浪涌電流限制允許應用在不置位正向過流保護的情況下上電。R10和C1是浪涌電流限制元件。

對于此應用，浪涌電流限制為 1 A，遠低于 2.5 A 的正向電流限制。C1 的選擇基于所需的浪涌電流限制和 C2 的大小。R10可防止C1減慢反極性保護的速度，穩定快速下拉電路，并防止故障條件下的顫振。

C4是在正過流事件后設置重試延遲的電容器。重試延遲是檢測到過流事件后MOSFET柵極保持低電平的時間。在此應用程序中，重試延遲為 250 毫秒。MOSFET 柵極增加了 10 個Ω電阻 R14 和 R15，以防止 PCB 布局寄生效應引起的電路振蕩。

功能演示

曲柄事件

圖7.完整的起動波形。

對原型進行了臺架表征，結果如圖7所示。在點火啟動之前，V在大于為通道A配置的10 V上升監視器閾值。LTC4368的OUTA引腳將LTC2-500 UV引腳拉至其2966 mV閾值以上，從而使電源路徑變為活動電平并V外= V在.

在起動事件期間，12 V總線被下拉至6 V。超過7 V下降電壓監視器閾值，OUTA立即下拉LTC4368-2的UV引腳。LTC4368-2 通過將其 GATE 引腳拉低來對此做出響應，從而使開關元件和 V外降至 0 V。由電壓監視器電阻分壓器設置的3 V遲滯允許LTC2966在啟動期間忽略總線上的紋波。因此，開關元件將保持關閉狀態，直到起動周期完成。當啟動周期完成后，電池電壓恢復到其標稱值，大于10 V閾值。OUTA 引腳將 LTC4368-2 UV 引腳拉高，開關元件重新通電。

圖8.擴展起動恢復。

圖 8 顯示了啟動恢復行為。圖中顯示了LTC4368-2的內部恢復定時器（典型值為36 ms），該定時器在開關元件重新通電之前得到滿足。還要觀察到，一旦開關元件重新通電，V在瞬間被拉低。這是由于對電路的負載電容和串聯輸入電感進行充電。這表明需要寬電壓監控閾值遲滯。LTC2966 忽略了此負載電容器的充電瞬態。

負載突降事件

圖9.完整的負載突降波形。

圖9顯示了電路的拋負載行為。在點火停用之前，V在是其標稱值。電源路徑處于活動狀態且 V外= V在.在拋負載事件期間，電池電壓拉高至100 V。超過18 V上升電壓監視器閾值，OUTB立即拉起LTC0-4368的2 V引腳。LTC4368-2 通過將其 GATE 引腳拉低來對此做出響應，從而打開電源路徑和 V外降至 0 V。開關元件保持打開狀態，直到拋負載放電至15 V。一旦超過15 V下降閾值，LTC2966的OUTB將下拉LTC0-4368的2 V引腳，在LTC4368-2內部恢復定時器到期后，LTC4368-2再次為開關元件通電。

反向電壓保護

圖 10.反向電壓保護測量。

圖10顯示了1.96 kΩ電阻，用于在反向電壓事件期間限制LTC2966電源引腳流出的電流。應用的輸入電壓從0 V斜坡上升至–40 V。電流出V型伊納和 V國際投資銀行引腳限制為 20 mA，電壓為 V伊納和 V國際投資銀行引腳保持在地以下幾百毫伏。LTC2966 可安全地承受反向電壓事件。

正向過流保護

圖11顯示了由R10和C1確定的浪涌電流限制。正如預期的那樣，浪涌電流限制在 1 A 和 V外干凈利落地上拉至12 V，無需置位過流限值。

圖 11.浪涌電流限制。

圖 12.正向過流保護和重試延遲的斷言。

圖 12 示出了 LTC4368 對正過流事件的響應。LTC4368 中的正過流比較器在 SENSE 和 V 之間的電壓觸發時跳閘外引腳超過50 mV。電流檢測電阻R11為20 mΩ，可將應用中的電流限值設置為2.5 A。

在本演示中，電流斜坡上升，直到過流保護置位。正如預期的那樣，過流保護在2.5 A時激活。LTC4368 從電源 V 中移除負載外負載電流降至0 V。在滿足 LTC4368 重試定時器要求后，LTC4368 將電源重新連接至負載。如果過流條件消失，則負載仍連接到電源。否則，LTC4368 將從電源中移除負載。通過向 RETRY 引腳添加電容，可以增加重試延遲量。如果需要，V外可以通過將 RETRY 引腳接地來閉鎖。在此電路中，重試計時器設置為 250 ms。重試定時器配置在 LTC4368 的產品手冊中進行了說明。

反向過流保護

圖 13.反向過流保護的斷位。

圖 13 示出了 LTC4368 對反向過流瞬變的響應。反向過流比較器檢測 V 之間的電壓外和感應引腳。反向過流置位的電壓閾值取決于版本。LTC4368-1的置位電壓為50 mV，LTC4368-2的置位電壓為3 mV。此應用采用 LTC4368-2 版本設計。電流檢測電阻R11為20 mΩ。這將反向過流限值設置為150 mA。

在本例中，當電源為負載提供100 mA電流時，V引入電壓階躍。外，使 V外大于 V在.作為 V外增加，我負荷減少。電壓階躍足夠大，足以迫使電流從負載流向電源。這種情況一直持續到反向電流達到150 mA，反向過流比較器跳閘。當反向過流比較器跳閘時，GATE引腳被拉低。這樣可以從電源中移除負載，并防止負載進一步向后驅動電源。LTC4368 將保持柵極低電平，直到它檢測出 V外降 100 mV 低于 V在.

結論

本文開發的汽車應用表明，使用專用保護器件可以簡化汽車保護電路的實現。LTC2966 和 LTC4368-2 采用極少的額外電路，以提供準確、穩健和全面的瞬態保護。這些器件的靈活性使其能夠配置為用于眾多應用。

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