حماية من الجهد الزائد لتفريغ حمولة السيارات

يشرح المنشور دائرة حماية القطع الزائد للجهد الزائد في شكل حمل تفريغ للسيارة لحماية إلكترونيات السيارات الحديثة الحساسة والمتطورة من المسامير الكهربائية العابرة للتيار المستمر المنبعثة في كهرباء السيارة.

تمثل الفولتية العابرة للحافلات عامل خطر كبير على الدوائر المتكاملة. يتم تحديد الحد الأقصى لجهد الانهيار الذي يمكن تحديد دائرة متكاملة لتحمله من خلال أسلوبها ونهج التصميم الذي يمكن أن يكون منخفضًا في الغالب لأجهزة CMOS الصغيرة.

ما هو الجهد العابر

قد تؤدي الظروف العابرة أو المتكررة عبر الجهد التي تتعارض مع أعلى مواصفات الجهد الكهربائي المطلق لـ IC إلى ضرر لا يمكن إصلاحه بالجهاز.

إن الحاجة إلى سلامة الجهد الزائد منتشرة بشكل ملحوظ في تصميمات السيارات بجهد 12 فولت و 24 فولت حيث تكون عابرات `` تفريغ الحمولة '' عالية جدًا مثل GOV. تقوم بعض استراتيجيات حماية الحمل بتحويل المدخلات العابرة إلى الأرض من خلال أجهزة مشابهة لصمامات الانهيار الجليدي و MOVs.

تكمن صعوبة طريقة التحويل في أن قدرًا كبيرًا من الطاقة قد ينتهي به الأمر إلى المعالجة.

تقنيات التحويل عادة ما تكون غير مرغوب فيها في حالة وجود التزام بتقديم حماية مستمرة طوال حالة الجهد الزائد (كما يحدث مع بطارية مزدوجة).

التصميم

دائرة حماية الجهد الزائد لتفريغ حمولة السيارات الموضحة في الشكل 1 هي عبارة عن فصل سلسلة مثالي أو دائرة قطع متسلسلة تم بناؤها لحماية حمل منظم التبديل الذي يمتلك جهد دخل مثالي يبلغ 24 فولت.

الدائرة مخصصة من أجهزة منفصلة اقتصادية وتستخدم واحدة شركة Texas Instruments LMV431AIMF.

بالنظر إلى أن هذه الدائرة تستخدم جهاز تمرير PFET (Q1) ، فقد يكون هناك انخفاض هامشي في الجهد الأمامي أو فقدان الطاقة ذي الصلة.

مخطط الرسم البياني

شكل 1

كياسة : دائرة حماية الجهد الزائد لتفريغ حمولة السيارات

كيف يعمل LM431AIMF Diode

يعمل المرجع LMV431AIMF (D1) القابل للتكيف بشكل أفضل مع هذا الموقف لمجرد أنه يسمح بوسائل غير مكلفة للتأكد من نقطة رحلة دقيقة ومراقبة دقة درجة الحرارة المثلى التي تصبح صعبة للغاية مع الصمام الثنائي زينر أو بالمثل باستخدام خيارات بديلة أخرى (1٪ لـ نسخة ، 0.5٪ للنسخة ب).

وللحفاظ على هذه الدقة والموثوقية ، تم اختيار المقاومات R1 و R2 لتكون نسبة تحمل 1٪ أو قد يوصى باستخدام مقاومات أفضل.

يمكن عادة التفكير في الفولتية المرجعية المتغيرة بشكل خاطئ. خذ على سبيل المثال: 'ما هذا السلك الثالث الذي ينتهي من هذا الصمام الثنائي'؟ '

قد تجد أنواعًا عديدة من مراجع الجهد المتغير. مختلفة تمتلك جهدًا مختلفًا مدمجًا في حين أن الآخرين لديهم قطبية اتجاه تيار بديل.

يمكن تحديد كل منهم من خلال مرحلتين أساسيتين (وهام جدًا): مرجع جهد فجوة النطاق دقيق منظم لدرجة الحرارة ، جنبًا إلى جنب مع مكبر خطأ الكسب (مدمج كمقارن في الدائرة التي تمت مناقشتها)

تعرض غالبية الأجزاء نتائج أحادية المؤشر من خلال دمج جامع مفتوح أو باعث. يشير الشكل 2 من الناحية المفاهيمية إلى ما يمكن توقعه داخل Texas Instruments LMV431AIMF.

حساب عتبة القطع

يتم فحص جهد الدخل والتحكم فيه بواسطة LMV431 بمساعدة مقسم الفولت R1 و R2. تم تكوين الدائرة المفصلة في الشكل 1 للتنشيط عند 19.2 فولت على الرغم من إمكانية اختيار قطع تعسفي للمستوى والذي يمكن تحديده باستخدام المعادلات التالية:

فتريب = 1.24 × (R1 + R2 / R1)

R2 = R1 (Vtrip / 1.24 - 1)

كيف تعمل

ينزل خرج LMV431 بمجرد اكتشاف أن دبوس المرجع المحدد أعلى من 1.24 فولت. كاثود LMV431 قادر على خفض مستوى التشبع إلى حوالي 1.2 فولت.

قد يكون المستوى المذكور كافيًا لإيقاف تشغيل Q2. تم اختيار Q2 في الغالب لحمل عتبة بوابة مرتفعة (> 1.3V). لا يُنصح باستخدام بديل لـ Q2 دون مراعاة ذلك.

تم توضيح ظروف تشغيل الرقاقة لـ D1 و Q2 و Q1 في الجدول 1 للحالة التي تتضمن قطع نقطة 19.2 فولت.

تم تفصيل حالة تشغيل الدوائر في الشكل 3. يمكن توقع قطع المستوى تقريبًا في 2.7 فولت إلى المنطقة المجاورة للحكومة. أقل من حوالي 2.7 فولت يمكن رؤية الدائرة تنتقل إلى وضع إيقاف التشغيل.

والسبب هو عدم وجود جهد إدخال كافٍ لتسوية البوابة إلى عتبات المصدر Q1 و Q2.

أثناء وجودها في حالة إيقاف التشغيل ، تقدم الدائرة حوالي 42 كيلو كيو للإدخال (حالة إيقاف التشغيل ، حمولة هادئة). تعد ثنائيات Zener D2 و D3 ضرورية لتقييد بوابة إطلاق النار الزائدة على الفولتية المصدر كما تم التعبير عنها بواسطة Q و Q2 (والتي قد لا يُسمح لها بتجاوز 20 فولت).

D3 بالمثل يمنع كاثود D ، من إطلاق النار فوق حده المحدد البالغ 35 فولت. يضمن Resistor Rd تحيزًا مخترقًا إلى Q2 بحيث يمكنه تلبية تسرب تصريف Q2 في حالة إيقاف التشغيل.

من المهم مشاهدة الصمام الثنائي للجسم في Q ، فهذا يعني أنه لا يحمل أي حماية للحمل للبطارية المتصلة بشكل خاطئ (الفولتية المعاكسة لإدخال القطبية).

لتكون قادرًا على حماية حالة قطبية البطارية الخاطئة ، قد يكون من المستحسن دمج الصمام الثنائي المعوق أو البديل المعزز (واحد خلف الآخر) قد يكون مطلوبًا أيضًا PFET.

يمكن أن يُنظر إلى الدائرة على أنها تعمل على الفور على الرغم من إعادة الظروف ببطء إلى حد ما. مكثف C ، يُظهر تفريغًا سريعًا إلى سلبي عبر LMV431 في استشعار الجهد الزائد.

بمجرد أن يعود الوضع إلى طبيعته ، يتم تأخير إعادة الاتصال قليلاً بواسطة متغيرات تأخير الوقت R3-C1.

يستخدم عدد كبير من الأحمال (التي قد تكون منظمات) مكثفات إدخال كبيرة تسمح بالتأخير الزمني لدائرة القطع للعمل عن طريق تثبيط معدل الانتقال العابر.

يصبح نمط العمل الخاص بالمرحلة المعيارية والسعة المتاحة مسئولين عن إصلاح وقت استجابة التأخير المقصود.

يتم تنفيذ الإغلاق من دائرة حماية الجهد الزائد المقترحة لتفريغ أحمال السيارات في حوالي اثني عشر ثانية. أعلى فترات ارتفاع عابرة متوقعة مقيدة بمستوى متوازن للفترات المذكورة بواسطة C (الحمل).

تم التحقق من هذه الدائرة مع C (تحميل) من 1 pF. يمكن تجربة الحمل الأكبر ، ولا بأس بالنظر إلى الارتفاع السريع ، ويجب أن تكون عابرات مقاومة المصدر المخفضة موجودة.