用有源高壓瞬態(tài)保護(hù)器替代傳統(tǒng)的汽車(chē)電子無(wú)源保護(hù)器件

TVS二極管

雪崩二極管(與齊納二極管類(lèi)似，圖3)是能夠抑制所有超出其擊穿電壓的鉗位器件。它們能夠吸收較高的能量，保護(hù)電子電路免遭尖峰電壓和拋負(fù)載的破壞。這些二極管具有快速開(kāi)啟、緩慢關(guān)斷特性。與其它過(guò)壓保護(hù)器件(如：可變電阻)相比，雪崩二極管對(duì)過(guò)壓事件的響應(yīng)速度更快。其性能指標(biāo)不會(huì)隨著使用壽命的延長(zhǎng)以及瞬態(tài)電壓作用次數(shù)的增多而降低。在其擊穿電壓附近，雪崩抑制二極管具有較大的漏電流。這類(lèi)二極管通常表示為T(mén)ransil?、TransZorb?或簡(jiǎn)稱(chēng)為T(mén)VS二極管。


圖3. 瞬態(tài)電壓抑制器特性(VBR = 擊穿電壓， VC = 峰值脈沖電流IP對(duì)應(yīng)的鉗位電壓)。

可變電阻器

可變電阻是與電壓相關(guān)的電阻(VDR)。相應(yīng)的，該非線性電阻在高于某個(gè)特定電壓后阻值會(huì)迅速降低(圖4)。在鉗位正向和負(fù)向電壓時(shí)，其功能類(lèi)似于背靠背的齊納二極管。能夠以很小的封裝尺寸和較低的成本承受相對(duì)較高的電流和能量，但當(dāng)電壓接近鉗位電壓時(shí)，漏電流較大。鉗位電壓也會(huì)隨電流的增加而明顯提高。可變電阻器在重復(fù)受到浪涌沖擊時(shí)性能會(huì)受到一定影響，通常也具有更高的“鉗位電壓”，與TVS二極管相比，這些因素會(huì)明顯降低其響應(yīng)速度。


圖4. 典型的可變電阻器特性(VC = 峰值脈沖電流IP對(duì)應(yīng)的鉗位電壓)

分立式保護(hù)電路

一種簡(jiǎn)單且性?xún)r(jià)比較高的保護(hù)電路是將負(fù)載與鉗位電路(如TVS二級(jí)管)并聯(lián)，在電容之前加一個(gè)保險(xiǎn)絲(圖5)。該電路可使ECU在出現(xiàn)高于TVS二極管(D1)擊穿電壓的瞬態(tài)過(guò)壓以及拋負(fù)載條件下為系統(tǒng)提供保護(hù)。當(dāng)出現(xiàn)負(fù)的瞬態(tài)電壓或穩(wěn)定的反向電壓時(shí)，TVS正向?qū)?，從而將?fù)向電壓鉗位在其導(dǎo)通電壓(例如-1V)，為后續(xù)電路提供保護(hù)。對(duì)于能量較低的負(fù)瞬態(tài)電壓，例如：繼電器或螺線管開(kāi)關(guān)引入的過(guò)壓，可以通過(guò)電容(ClowE)濾除。如果持續(xù)保持正向或反向過(guò)壓狀況，保險(xiǎn)絲將熔斷。


圖5. 利用濾波電容、瞬態(tài)抑制二極管和保險(xiǎn)絲構(gòu)成的簡(jiǎn)單過(guò)壓保護(hù)電路

為了避免在難以接近的ECU部位更換保險(xiǎn)絲，或保證ECU的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，必須采取其它技術(shù)，如額外的串聯(lián)保護(hù)。圖6電路可使ECU免遭電池反接以及瞬態(tài)負(fù)壓(D2)、高于TVS二極管(D1)擊穿電壓的正向過(guò)壓脈沖(拋負(fù)載和低能量瞬態(tài)電壓)的沖擊。所選二極管D2的反向峰值電壓必須大于可能出現(xiàn)的負(fù)脈沖最大值。


圖6. 用二極管取代圖5中的保險(xiǎn)絲，該電路不但提供過(guò)壓保護(hù)并且提供負(fù)向瞬態(tài)電壓保護(hù)和電池反接保護(hù)。