In diesem Beitrag wird eine Überspannungs-Abschaltschutzschaltung in Form einer Kfz-Kipplast zum Schutz empfindlicher und hochentwickelter moderner Kfz-Elektronik vor transienten Gleichstromspitzen erläutert, die in der Fahrzeugelektrik auftreten.
Transiente Busspannungen sind ein wesentlicher Risikofaktor für integrierte Schaltkreise. Die maximale Durchbruchspannung, die eine integrierte Schaltung tolerieren kann, wird durch ihren Stil und Designansatz bestimmt, der für winzige CMOS-Bauelemente überwiegend niedrig sein kann.
Was ist transiente Spannung?
Vorübergehende oder sich wiederholende Überspannungsumstände, die die absolut höchste Spannungsspezifikation eines ICs nicht erfüllen, können ein Gerät möglicherweise irreversibel beschädigen.
Die Notwendigkeit der Überspannungssicherheit ist insbesondere bei 12-V- und 24-V-Konstruktionen von Kraftfahrzeugen vorherrschend, bei denen die Spitzen-Lastabfalltransienten normalerweise so hoch sind wie die GOV. Bestimmte Lastsicherungsstrategien leiten den Eingang über Geräte, die Lawinendioden und MOVs ähneln, auf Masse über.
Die Schwierigkeit bei der Shunt-Methode besteht darin, dass möglicherweise viel Leistung verarbeitet wird.
Shunt-Techniken sind in der Regel unerwünscht, wenn die Verpflichtung besteht, während einer Überspannungssituation (wie dies bei einer Doppelbatterie der Fall ist) einen kontinuierlichen Schutz zu gewährleisten.
Das Design
Die in Abbildung 1 gezeigte Überspannungsschutzschaltung für den Kfz-Lastabfall ist eine perfekte Serienabschaltung oder Serienabschaltung, die zum Schutz einer Last des Schaltreglers mit einer optimalen Eingangsspannung von 24 V entwickelt wurde.
Die Schaltung ist für wirtschaftliche diskrete Geräte vorgesehen und verwendet eine einzige Texas Instruments LMV431AIMF.
Angesichts der Tatsache, dass diese Schaltung eine PFET-Durchlassvorrichtung (Q1) verwendet, kann es zu einem geringfügigen Durchlassspannungsabfall oder einem damit verbundenen Leistungsverlust kommen.
Schaltplan
Abbildung 1
Höflichkeit :: Überspannungsschutzschaltung für Kfz-Lastabwurf
Funktionsweise der LM431AIMF-Diode
Die anpassbare Referenz LMV431AIMF (D1) eignet sich am besten für diese Situation, nur weil sie ein kostengünstiges Mittel zur Ermittlung eines sorgfältigen Auslösepunkts und zur Überwachung der optimalen Temperaturgenauigkeit ermöglicht, die mit einer Zenerdiode oder ebenfalls mit anderen alternativen Optionen (1% für die Eine Version, 0,5% für die B-Version).
Um diese Genauigkeit und Zuverlässigkeit zu erhalten, werden die Widerstände R1 und R2 mit einer Toleranz von 1% ausgewählt, oder es kann eine noch bessere empfohlen werden.
Variable Referenzspannungen können normalerweise falsch betrachtet werden. Nehmen wir zum Beispiel: 'Was ist das dritte Kabel, das an dieser Diode endet?'
Möglicherweise finden Sie zahlreiche Arten von Referenzen mit variabler Spannung. Unterschiedlich mit unterschiedlicher eingebauter eingestellter Spannung, während andere mit einer alternativen Polarität der Stromrichtung.
Alle von ihnen können mit ein paar grundlegenden (und ziemlich signifikanten) Stufen identifiziert werden: Eine temperaturgeregelte, genaue Bandlückenspannungsreferenz zusammen mit einem Verstärkungsfehlerverstärker (der als Komparator in die diskutierte Schaltung eingebaut ist).
Die Mehrzahl der Teile zeigt durch Einbau eines offenen Kollektors oder Emitters einzigartige Ergebnisse. Abbildung 2 zeigt konzeptionell, was in Texas Instruments LMV431AIMF zu erwarten ist.
Berechnung des Schwellenwerts
Die Eingangsspannung wird vom LMV431 mit Hilfe von geprüft und geregelt Spannungsteiler R1 und R2. Die in Abbildung 1 dargestellte Schaltung ist so konfiguriert, dass sie bei 19,2 V aktiviert wird, obwohl ein beliebiger Pegelabfall gewählt werden könnte, der unter Verwendung der folgenden Gleichungen herausgefunden werden kann:
Vtrip = 1,24 x (R1 + R2 / R1)
R2 = R1 (Vtrip / 1,24-1)
Wie es funktioniert
Der Ausgang des LMV431 fällt ab, sobald festgestellt wird, dass der eingestellte Referenzstift über 1,24 V liegt. Die Kathode eines LMV431 kann einen Sättigungsgrad von ungefähr 1,2 V erreichen.
Der erwähnte Pegel kann gerade ausreichen, um Q2 auszuschalten. Q2 wurde überwiegend von Hand ausgewählt, um eine erhöhte Gate-Schwelle (> 1,3 V) zu tragen. Es wird nicht empfohlen, Q2 durch einen Ersatz zu ersetzen, ohne dies zu berücksichtigen.
Die Chip-Betriebsbedingungen für D1, Q2 und Q1 sind in Tabelle 1 für den Zustand angegeben, der einen 19,2-V-Punktschnitt beinhaltet.
Der Betriebszustand der Schaltkreise ist in Abbildung 3 detailliert dargestellt. Es ist zu erwarten, dass der Pegelabfall ungefähr in der Nähe von 2,7 V bis GOV liegt. Unterhalb von etwa 2,7 V kann der Stromkreis in die Aus-Situation übergehen.
Der Grund ist das Fehlen einer ausreichenden Eingangsspannung, um das Gate auf die Quellenschwellen von Q1 und Q2 abzustimmen.
Im ausgeschalteten Zustand bietet die Schaltung dem Eingang ca. 42 kQ (Ruhezustand im ausgeschalteten Zustand). Die Zenerdioden D2 und D3 sind entscheidend, um das Überschießgatter auf Quellenspannungen zu beschränken, die durch Q und Q2 ausgedrückt werden (die möglicherweise nicht über 20 V hinausgehen dürfen).
D3 verhindert ebenfalls, dass die Kathode von D über die angegebene Grenze von 35 V hinaus schießt. Der Widerstand Rd stellt eine beeinträchtigte Vorspannung für Q2 sicher, so dass er die Drainleckage von Q2 im ausgeschalteten Zustand erfüllen kann.
Es ist wichtig, die Body-Diode in Q zu beobachten. Dies bedeutet, dass die Last für falsch angeschlossene Batterien (Eingangsspannungen mit entgegengesetzter Polarität) nicht geschützt ist.
Um den Zustand einer falschen Batteriepolarität sicherstellen zu können, kann es ratsam sein, eine Sperrdiode einzubauen, oder es kann auch ein verstärkter alternativer (hintereinander liegender) PFET erforderlich sein.
Es ist zu sehen, dass die Schaltung sofort betätigt wird, obwohl die Bedingungen eher träge wiederhergestellt werden. Kondensator C zeigt eine schnelle Entladung auf negativ über den LMV431 in einer geraden Überspannung.
Sobald sich die Situation wieder normalisiert hat, wird die Wiederverbindung durch die Zeitverzögerungsvariablen R3-C1 leicht aufgehalten.
Eine signifikante Anzahl von Lasten (die Regler sein können) verwendet erhebliche Eingangskondensatoren, die es ermöglichen, dass die Zeitverzögerung für die Abschaltschaltung durch Sperren der transienten Anstiegsgeschwindigkeit abläuft.
Das Arbeitsmuster des Standardtransienten und die verfügbare Kapazität werden verantwortlich, um die beabsichtigte Verzögerungsreaktionszeit festzulegen.
Die Abschaltimplementierung von der vorgeschlagenen Überspannungsschutzschaltung für Kfz-Lastabwurf erfolgt in ungefähr zwölf Sekunden. Die erwarteten höchsten transienten Anstiegsperioden werden durch C (Last) in ausgeglichenem Maße auf die genannten Perioden beschränkt.
Diese Schaltung wurde mit einem C (Last) von 1 pF verifiziert. Eine größere Last kann versucht werden und ist in Ordnung, wenn man bedenkt, dass schnelle Spannungsspitzen mit reduzierter Quellenimpedanz vorhanden sein müssen.
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