Bảo vệ quá điện áp cho bãi tải ô tô

Bài đăng giải thích một mạch bảo vệ cắt quá áp dưới dạng tải trọng ô tô để bảo vệ các thiết bị điện tử ô tô hiện đại nhạy cảm và tinh vi khỏi các xung điện DC thoáng qua phát ra trong điện xe.

Điện áp bus thoáng qua là một yếu tố nguy cơ đáng kể đối với mạch tích hợp. Điện áp đánh thủng tối đa mà một mạch tích hợp có thể được chỉ định để chịu được được xác định theo cách tiếp cận kiểu dáng và thiết kế của nó mà có thể chủ yếu là thấp đối với các thiết bị CMOS nhỏ.

Điện áp thoáng qua là gì

Các trường hợp quá điện áp nhất thời hoặc lặp đi lặp lại đánh bại thông số điện áp cao nhất tuyệt đối của IC có thể gây hại cho thiết bị không thể phục hồi.

Sự cần thiết đối với an toàn quá áp là phổ biến đáng chú ý trong các thiết kế ô tô 12V và 24V, trong đó quá độ cao điểm 'kết xuất tải' thường rất cao như GOV. Một số chiến lược bảo vệ tải nhất định chuyển đầu vào chuyển tiếp xuống đất thông qua các thiết bị tương tự như điốt tuyết lở và MOV.

Khó khăn với phương pháp shunt là rất nhiều sức mạnh có thể được xử lý.

Kỹ thuật Shunt thường là không mong muốn nếu có nghĩa vụ thực hiện bảo vệ liên tục trong suốt tình huống quá điện áp (khi xảy ra với pin kép).

Thiết kế

Mạch bảo vệ quá áp cho xe tải đổ trong Hình 1 là một mạch ngắt nối tiếp hoặc cắt nối tiếp hoàn hảo đã được chế tạo để bảo vệ tải bộ điều chỉnh chuyển mạch sở hữu điện áp đầu vào tối ưu là 24V.

Mạch được thiết kế từ các thiết bị rời rạc kinh tế và sử dụng một Texas Instruments LMV431AIMF.

Cho rằng mạch này sử dụng thiết bị thông qua PFET (Q1), có thể xảy ra sụt áp biên dịch chuyển tiếp hoặc mất điện liên quan.

Sơ đồ mạch

Hình 1

Lịch sự : Mạch bảo vệ quá áp cho bãi tải ô tô

Cách hoạt động của Diode LM431AIMF

Tham chiếu thích ứng LMV431AIMF (D1) hoạt động tốt nhất cho tình huống này chỉ vì nó cho phép một phương tiện rẻ tiền để xác định điểm hành trình tỉ mỉ và theo dõi độ chính xác nhiệt độ tối ưu, điều này trở nên khá khó khăn với một diode zener hoặc tương tự như vậy bằng cách sử dụng các tùy chọn thay thế khác (1% cho Phiên bản A, 0,5% cho phiên bản B).

Để duy trì độ chính xác và độ tin cậy này, điện trở R1 và R2 được chọn để có dung sai 1% hoặc vẫn có thể tốt hơn.

Điện áp tham chiếu thay đổi thường có thể được dự tính sai. Ví dụ: 'Dây thứ ba đó kết thúc từ diode đó là gì?'

Bạn có thể tìm thấy nhiều loại tham chiếu điện áp thay đổi. Khác nhau sở hữu điện áp đặt sẵn khác nhau trong khi những người khác có cực tính hướng dòng điện thay thế.

Tất cả chúng có thể được xác định bằng một vài giai đoạn cơ bản (và khá quan trọng): Tham chiếu điện áp khoảng cách vùng cấm chính xác được điều chỉnh nhiệt độ, cùng với bộ khuếch đại lỗi khuếch đại (được kết hợp làm bộ so sánh trong mạch đã thảo luận).

Phần lớn các bộ phận thể hiện kết quả uni-poIar bằng cách kết hợp bộ thu hoặc bộ phát mở. Hình 2 chỉ ra một cách khái niệm những gì có thể mong đợi bên trong Texas Instruments LMV431AIMF.

Tính toán ngưỡng giới hạn

Điện áp đầu vào được kiểm tra và điều khiển bởi LMV431 với sự hỗ trợ của chia điện áp R1 và R2. Mạch chi tiết trong Hình 1 được cấu hình để kích hoạt ở 19,2V mặc dù có thể chọn mức cắt tùy ý có thể được tìm ra bằng cách sử dụng các phương trình sau:

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

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

Làm thế nào nó hoạt động

Đầu ra của LMV431 sẽ giảm xuống ngay sau khi chân tham chiếu đã đặt được phát hiện là trên 1,24V. Cực âm của LMV431 có khả năng hạ xuống mức bão hòa xấp xỉ 1,2V.

Mức được đề cập có thể vừa đủ để tắt Q2. Q2 chủ yếu được chọn bằng tay để mang ngưỡng cổng cao (> 1,3V). Bạn không nên sử dụng thay thế cho Q2 mà không tính đến điều này.

Các điều kiện hoạt động của chip cho D1, Q2 và Q1 được chỉ ra trong Bảng 1 đối với điều kiện liên quan đến điểm cắt 19,2V.

Điều kiện hoạt động của mạch được trình bày chi tiết trong Hình 3. Mức cắt có thể được mong đợi là xấp xỉ trong vùng lân cận 2,7V đến GOV. Dưới khoảng 2,7V, mạch có thể được chuyển sang tình trạng tắt.

Nguyên nhân là do không có đủ điện áp đầu vào để nâng cấp cổng đến ngưỡng nguồn Q1 và Q2.

Khi ở trạng thái tắt, mạch cung cấp khoảng 42 kQ cho đầu vào (tải trạng thái tắt). Điốt Zener D2 và D3 rất quan trọng để hạn chế cổng chụp quá mức đối với điện áp nguồn như được biểu thị bằng Q và Q2 (có thể không được phép vượt quá 20V).

D3 tương tự như vậy ức chế cực âm của D, không bắn vượt quá giới hạn quy định của nó là 35V. Điện trở Rd đảm bảo độ lệch đã được thỏa hiệp đối với Q2 để nó có thể đáp ứng rò rỉ thoát nước của Q2 trong điều kiện tắt.

Điều quan trọng là phải xem điốt cơ thể ở Q, nó ngụ ý rằng nó không có biện pháp bảo vệ nào đối với tải đối với pin được kết nối sai (điện áp đầu vào phân cực ngược lại).

Để có thể bảo vệ tình trạng sai cực của pin, có thể nên kết hợp một diode chặn hoặc một PFET thay thế được tăng cường (cái đằng sau cái kia) cũng có thể được yêu cầu.

Mạch có thể được coi là hoạt động ngay lập tức mặc dù thiết lập lại các điều kiện khá chậm chạp. Tụ điện C, thể hiện sự phóng điện nhanh chóng sang âm qua LMV431 trong trạng thái quá điện áp chẵn đang cảm nhận.

Ngay sau khi tình hình khôi phục lại bình thường, việc kết nối lại được giữ lại một chút bởi các biến độ trễ thời gian R3-C1.

Một số lượng đáng kể tải (có thể là bộ điều chỉnh) sử dụng tụ điện đầu vào đáng kể cho phép thời gian trễ để mạch cắt hoạt động bằng cách ức chế tốc độ quay thoáng qua.

Dạng làm việc của quá độ tiêu chuẩn và điện dung khả dụng trở nên có trách nhiệm cố định thời gian đáp ứng trễ dự kiến.

Quá trình thực hiện tắt từ Mạch bảo vệ quá áp được đề xuất cho Xe tải đổ sẽ diễn ra trong khoảng mười hai giây. Các giai đoạn tăng thoáng qua cao nhất dự kiến ​​được giới hạn ở mức cân bằng với các giai đoạn đã đề cập bởi C (tải).

Mạch này đã được xác minh với C (tải) 1 pF. Có thể thử tải lớn hơn và ổn nếu có hiện tượng tăng nhanh, quá độ trở kháng nguồn giảm.