การป้องกันแรงดันเกินสำหรับการถ่ายโอนข้อมูลยานยนต์

โพสต์นี้อธิบายถึงวงจรป้องกันการตัดแรงดันไฟฟ้าเกินในรูปแบบของการถ่ายโอนข้อมูลในยานยนต์เพื่อปกป้องอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์สมัยใหม่ที่ละเอียดอ่อนและซับซ้อนจากกระแสไฟฟ้ากระแสตรงแบบชั่วคราวที่เล็ดลอดออกมาในระบบไฟฟ้าของรถยนต์

แรงดันไฟฟ้าของบัสชั่วคราวเป็นปัจจัยเสี่ยงที่สำคัญต่อวงจรรวม แรงดันไฟฟ้าพังทลายสูงสุดที่อาจระบุให้วงจรรวมทนได้นั้นพิจารณาจากรูปแบบและแนวทางการออกแบบที่ส่วนใหญ่อาจต่ำสำหรับอุปกรณ์ CMOS ขนาดเล็ก

แรงดันไฟฟ้าชั่วคราวคืออะไร

ชั่วคราวหรือซ้ำ ๆ กับสถานการณ์แรงดันไฟฟ้าที่เอาชนะข้อมูลจำเพาะแรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่แน่นอนของ IC อาจเป็นอันตรายต่ออุปกรณ์อย่างกลับไม่ได้

ความจำเป็นสำหรับความปลอดภัยของแรงดันไฟฟ้าที่แพร่หลายโดยเฉพาะอย่างยิ่งในการออกแบบรถยนต์ 12V และ 24V ซึ่งการถ่ายโอนข้อมูลที่มีการถ่ายโอนข้อมูลสูงสุดมักจะสูงถึง GOV กลยุทธ์การป้องกันโหลดบางอย่างจะปัดการป้อนข้อมูลชั่วคราวลงกราวด์ผ่านอุปกรณ์ที่คล้ายกับไดโอดและ MOV ที่ถล่ม

ความยากของวิธีการแบ่งก็คือพลังมหาศาลอาจสิ้นสุดลงด้วยการประมวลผล

เทคนิคการปัด โดยปกติแล้วจะไม่เป็นที่พึงปรารถนาหากมีข้อผูกมัดที่จะต้องให้การป้องกันอย่างต่อเนื่องตลอดสถานการณ์แรงดันไฟฟ้าเกิน (เนื่องจากเกิดขึ้นกับแบตเตอรี่คู่)

การออกแบบ

วงจรป้องกันแรงดันไฟฟ้าเกินสำหรับการถ่ายโอนข้อมูลโหลดยานยนต์ที่แสดงในรูปที่ 1 เป็นการตัดการเชื่อมต่อแบบอนุกรมหรือการตัดวงจรอนุกรมที่สมบูรณ์แบบซึ่งสร้างขึ้นเพื่อป้องกันโหลดตัวควบคุมการสลับที่มีแรงดันไฟฟ้าอินพุตที่เหมาะสมที่สุดคือ 24V

วงจรนี้มีจุดมุ่งหมายจากอุปกรณ์แยกส่วนที่ประหยัดและใช้ประโยชน์จากอุปกรณ์เดียว Texas Instruments LMV431AIMF.

เนื่องจากวงจรนี้ใช้อุปกรณ์ PFET pass (Q1) อาจมีแรงดันไฟฟ้าตกไปข้างหน้าเล็กน้อยหรือการสูญเสียพลังงานที่เกี่ยวข้อง

แผนภูมิวงจรรวม

รูปที่ 1

มารยาท : วงจรป้องกันแรงดันเกินสำหรับการถ่ายโอนข้อมูลโหลดยานยนต์

ไดโอด LM431AIMF ทำงานอย่างไร

ข้อมูลอ้างอิงที่ปรับเปลี่ยนได้ LMV431AIMF (D1) ทำงานได้ดีที่สุดสำหรับสถานการณ์นี้เพียงเพราะช่วยให้สามารถหาจุดเดินทางที่พิถีพิถันได้และตรวจสอบความแม่นยำของอุณหภูมิที่เหมาะสมซึ่งค่อนข้างยากด้วยซีเนอร์ไดโอดหรือในทำนองเดียวกันโดยใช้ตัวเลือกอื่น ๆ (1% สำหรับ เวอร์ชัน 0.5% สำหรับเวอร์ชัน B)

เพื่อรักษาความถูกต้องและความน่าเชื่อถือนี้ตัวต้านทาน R1 และ R2 ถูกเลือกให้มีความทนทาน 1% หรืออาจแนะนำให้ใช้ตัวต้านทานที่ดีกว่า

โดยปกติแรงดันไฟฟ้าอ้างอิงตัวแปรสามารถพิจารณาผิดพลาดได้ ยกตัวอย่างเช่น 'สายที่สามนั้นสิ้นสุดจากไดโอดนั้นคืออะไร' '

คุณอาจพบการอ้างอิงแรงดันไฟฟ้าแปรผันหลายประเภท ต่างกันที่มีแรงดันไฟฟ้าในตัวที่แตกต่างกันในขณะที่อื่น ๆ ที่มีขั้วทิศทางกระแสสลับ

ทั้งหมดนี้สามารถระบุได้ด้วยขั้นตอนพื้นฐานสองสามขั้นตอน (และค่อนข้างสำคัญ): การอ้างอิงแรงดันไฟฟ้าช่องว่างที่ควบคุมอุณหภูมิที่ถูกต้องพร้อมด้วยแอมพลิฟายเออร์ข้อผิดพลาดอัตราขยาย (รวมเป็นตัวเปรียบเทียบในวงจรที่กล่าวถึง)

ชิ้นส่วนส่วนใหญ่แสดงผลลัพธ์แบบ uni-poIar โดยการรวม open collector หรือ emitter รูปที่ 2 บ่งบอกแนวคิดสิ่งที่คาดหวังจาก Texas Instruments LMV431AIMF

การคำนวณ Cut-of Threshold

แรงดันไฟฟ้าอินพุตถูกตรวจสอบและควบคุมโดย LMV431 ด้วยความช่วยเหลือของ ตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้า R1 และ R2 วงจรที่มีรายละเอียดในรูปที่ 1 ได้รับการกำหนดค่าให้เปิดใช้งานที่ 19.2V แม้ว่าจะสามารถเลือกการตัดระดับโดยพลการซึ่งอาจคำนวณได้โดยใช้สมการต่อไปนี้:

Vtrip = 1.24 x (R1 + R2 / R1)

R2 = R1 (Vtrip / 1.24 - 1)

มันทำงานอย่างไร

เอาต์พุตของ LMV431 จะลดลงทันทีที่ตรวจพบพินอ้างอิงที่ตั้งไว้ว่าสูงกว่า 1.24V แคโทดของ LMV431 สามารถลดระดับความอิ่มตัวได้ประมาณ 1.2V

ระดับดังกล่าวอาจเพียงพอที่จะปิด Q2 Q2 ส่วนใหญ่ได้รับเลือกให้ถือเกณฑ์ประตูสูง (> 1.3V) ไม่แนะนำให้ใช้การทดแทนสำหรับ Q2 โดยไม่คำนึงถึงสิ่งนี้

เงื่อนไขการทำงานของชิปสำหรับ D1, Q2 และ Q1 ระบุไว้ในตารางที่ 1 สำหรับเงื่อนไขที่เกี่ยวข้องกับจุดตัด 19.2V

สภาพการทำงานของวงจรมีรายละเอียดในรูปที่ 3 การตัดระดับสามารถคาดว่าจะอยู่ที่ประมาณ 2.7V ถึง GOV ด้านล่างประมาณ 2.7V อาจเห็นวงจรเปลี่ยนไปยังสถานการณ์ปิด

เหตุผลคือการไม่มีแรงดันไฟฟ้าอินพุตเพียงพอที่จะยกระดับเกตไปยังเกณฑ์ต้นทางของ Q1 และ Q2

ในขณะที่อยู่ในสถานะปิดวงจรจะให้อินพุตประมาณ 42 kQ (ปิดการโหลดสถานะหยุดนิ่ง) ซีเนอร์ไดโอด D2 และ D3 มีความสำคัญอย่างยิ่งในการ จำกัด over shooting gate ไปยังแรงดันไฟฟ้าตามที่แสดงโดย Q และ Q2 (ซึ่งอาจไม่ได้รับอนุญาตให้เกิน 20V)

D3 ยับยั้งแคโทดของ D เช่นเดียวกันจากการถ่ายภาพเกินขีด จำกัด ที่กำหนดไว้ที่ 35V Resistor Rd รับประกันความลำเอียงที่ลดลงถึง Q2 เพื่อให้สามารถเติมเต็มการรั่วไหลของท่อระบายน้ำของ Q2 ในสภาพปิดได้

สิ่งสำคัญคือต้องดูไดโอดของร่างกายใน Q ซึ่งหมายความว่าไม่มีการป้องกันโหลดสำหรับแบตเตอรี่ที่เชื่อมต่อผิด (แรงดันไฟฟ้าอินพุตขั้วตรงข้าม)

เพื่อให้สามารถป้องกันสภาพของขั้วแบตเตอรี่ที่ไม่ถูกต้องอาจขอแนะนำให้รวมไดโอดปิดกั้นหรือตัวเลือกเสริม (อีกอันหนึ่งที่อยู่ด้านหลังอีกอันหนึ่ง) อาจจำเป็นต้องใช้ PFET

วงจรสามารถมองเห็นได้ว่าทำงานได้ทันทีแม้ว่าจะสร้างเงื่อนไขใหม่ค่อนข้างช้า Capacitor C แสดงการคายประจุอย่างรวดเร็วไปยังค่าลบผ่าน LMV431 ในช่วงที่แรงดันไฟฟ้าเกินจะตรวจจับได้

ทันทีที่สถานการณ์กลับคืนสู่สภาวะปกติการเชื่อมต่อใหม่จะถูกระงับไว้เล็กน้อยโดยตัวแปรหน่วงเวลา R3-C1

โหลดจำนวนมาก (ซึ่งอาจเป็นตัวควบคุม) ใช้ตัวเก็บประจุอินพุตจำนวนมากซึ่งช่วยให้วงจรตัดการทำงานล่าช้าโดยการยับยั้งอัตราการฆ่าชั่วคราว

รูปแบบการทำงานของชั่วคราวมาตรฐานและความจุที่มีอยู่จะเป็นตัวกำหนดเวลาตอบสนองความล่าช้าที่ตั้งใจไว้

การปิดการใช้งานจากวงจรป้องกันแรงดันเกินที่เสนอสำหรับการถ่ายโอนข้อมูลยานยนต์จะเกิดขึ้นในเวลาประมาณสิบสองวินาที ช่วงเวลาที่เพิ่มขึ้นสูงสุดชั่วคราวที่คาดไว้จะถูก จำกัด ในระดับที่สมดุลกับช่วงเวลาที่กล่าวถึงโดย C (โหลด)

วงจรนี้ได้รับการตรวจสอบด้วย C (โหลด) 1 pF อาจมีการลองโหลดที่ใหญ่ขึ้นและไม่เป็นไรเมื่อพิจารณาถึงการเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วการลดทอนอิมพีแดนซ์ของแหล่งที่มาจะต้องมีอยู่