用于汽車氣囊的超低靜態(tài)電流線性穩(wěn)壓器
發(fā)布時間:2016-12-29 來源:Surya Prakash 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】隨著汽車不斷增加的電子設(shè)備,電子控制模塊設(shè)計人員面臨的一個重大挑戰(zhàn)是:如何在有限的功率預(yù)算前提下提高產(chǎn)品性能?,F(xiàn)如今的汽車包括眾多的電子系統(tǒng),例如:立體聲和信息娛樂系統(tǒng)、雨刷控制、車燈驅(qū)動系統(tǒng)以及氣囊等安全設(shè)施。這些系統(tǒng)需求都依賴于汽車電池供電,設(shè)計人員必須盡可能降低每個電子系統(tǒng)的功耗,特別是在汽車熄火以及汽車停放在停車場之后。
汽車發(fā)動機關(guān)閉后,電池一般仍然需要為多個系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)供電。為了降低這種情況下的功耗,電源管理模塊引入了幾個省電模式:關(guān)斷微處理器時鐘、通過使能輸入關(guān)斷轉(zhuǎn)換器電路,這是兩個最常見的例子。然而,有些器件和功能—例如:遙控門禁系統(tǒng)(PKE)和安全系統(tǒng)—應(yīng)當(dāng)始終保持工作狀態(tài),無論電源來自發(fā)電機還是電池,圖1所示為典型的氣囊電源模塊。
本文介紹的參考設(shè)計利用MAX15006/MAX15007線性穩(wěn)壓器降低汽車氣囊的靜態(tài)電流。除了超低靜態(tài)電流,這些器件還能夠承受高達45V的拋負載,非常適合惡劣的汽車工作環(huán)境。另外,它們還具有低壓差、寬輸入電壓范圍、熱保護和短路保護、使能輸入等功能,是汽車氣囊供電模塊的理想選擇。
圖1. 典型的汽車氣囊電源模塊
輔助約束系統(tǒng)(SRS)的操作
氣囊系統(tǒng)或輔助約束系統(tǒng)(SRS)結(jié)合座椅安全帶,能夠為前排乘客提供額外的保護,作為電子控制的機械運轉(zhuǎn)系統(tǒng),SRS工作原理如下:除非發(fā)生意外事故,否則的話,系統(tǒng)應(yīng)該處于乘客的視線以外,安裝在汽車上的碰撞和安全監(jiān)測傳感器用于判斷意外事故的發(fā)生。當(dāng)撞擊的力量足夠大時,這些傳感器靠近它們的觸點,啟動相應(yīng)的電路并對氣囊充氣。沒有激活該系統(tǒng)時,氣囊診斷監(jiān)控器對系統(tǒng)進行監(jiān)測,安裝在儀表盤上的指示燈提示系統(tǒng)就緒。
由于診斷監(jiān)控器始終保持工作狀態(tài),供電器件必須具有非常低的靜態(tài)電流。另外,發(fā)生碰撞時,交流電機端子可能脫離與電池端的連接,發(fā)生拋負載。汽車環(huán)境下,即使在正常工作狀態(tài)下也有可能出現(xiàn)較大的電池電壓變化范圍。
MAX15006/MAX15007具有多項優(yōu)勢—例如:超低靜態(tài)電流、寬輸入電壓范圍、高達45V的拋負載保護—非常適合汽車氣囊的電源模塊。能夠支持最大電流為50mA的絕大多數(shù)應(yīng)用,無需任何外部器件。而有些情況下,氣囊監(jiān)測系統(tǒng)需要的總電流超過100mA;檢查氣囊開啟裝置的就緒狀態(tài)時,所需電流不超過200mA?;谶@一考慮,我們需要提高MAX15006/MAX15007的輸出電流,利用一個外部調(diào)整管實現(xiàn)。
提高穩(wěn)壓器的輸出電流
氣囊開啟電路工作時的最小電流為1.2A.。氣囊啟動電路由開關(guān)調(diào)節(jié)器(降壓或升壓轉(zhuǎn)換器)和線性穩(wěn)壓器供電。而監(jiān)控系統(tǒng)(傳感器、ADC、啟動裝置就緒檢測等)需要的電源電流大約為150mA,超出了線性穩(wěn)壓器(MAX15006/MAX15007)的供電能力范圍。
利用外部調(diào)整管能夠擴充線性穩(wěn)壓器的電流驅(qū)動能力。為了提高線性穩(wěn)壓器的輸出電流,按照下圖(圖2)所示將調(diào)整管連接到輸入和輸出之間¹,該電路將輸出電流提高到150mA。
圖2. 該電路在MAX15007的外部增加了一個調(diào)整管,為氣囊監(jiān)測系統(tǒng)提供足夠的輸出電流。
R1選擇1Ω、R3選擇2.2Ω電阻,以保證功耗最小。另外,R1取值小于1Ω時可能增大PNP晶體管的熱耗。開始工作時,沒有電流輸出,外部調(diào)整管也不通過任何電流。隨著工作電流的逐漸增加,它將通過二極管產(chǎn)生大約0.6V的壓降,使二極管開始導(dǎo)通。二極管的導(dǎo)通電壓為基極-發(fā)射極之間提供足夠的壓差,使PNP晶體管也進入導(dǎo)通狀態(tài),由此提供負載所需額外電流。R2的作用是補償小電流設(shè)置下二極管較高的動態(tài)電阻。當(dāng)負載電流小于25mA時,外部調(diào)整管斷開。改變電阻值可以提高對該電路的供電電流。
合理選擇輸出電容保證系統(tǒng)穩(wěn)定
由于該電路連接了外部晶體管,使用數(shù)據(jù)資料中規(guī)定的2.2µF輸出電容時輸出電壓會不穩(wěn)定,因為晶體管增大了穩(wěn)壓器的gM,這將導(dǎo)致單位增益帶寬的提升,產(chǎn)生提升的原因是:
單位增益帶寬 ∝ gM
為了保持與穩(wěn)定狀況相同的單位增益帶寬,輸出電容需要根據(jù)gM的增加量相應(yīng)增大。gM的增加量可通過測量附加電路的電流增益獲得。
外部電路的電流增益可用小信號近似電路(圖3)進行計算。
圖3. 必須通過計算外部電路的電流增益決定輸出電容的大小
假定ΔI是沒有外部調(diào)整管時穩(wěn)壓器負載電流的變化量。連接外部調(diào)整管后,流過PNP調(diào)整管的電流變化量為K ΔI。因此,由于外部調(diào)整管的存在,負載電流總的變化量為ΔI + K ΔI,即:(1 + K) ΔI。所以,gM增加了(1 + K)倍,那么,為了保證相同的單位增益帶寬,輸出電容也應(yīng)該增加(1 + K)倍。
在我們的電路中,K值可通過下式計算:
公式1
考慮到寄生效應(yīng)的影響,所要求的電容值是數(shù)據(jù)資料規(guī)定的最小值的5.45倍。據(jù)此,在輸出端連接了一個12.2µF的電容,確保系統(tǒng)在增添外部晶體管后保持穩(wěn)定。
圖4和圖5分別給出了通過外部調(diào)整管為負載提供的150mA固定電流和150mA瞬變電流的情況,通道1表示輸出電壓,通道4表示外部調(diào)整管提供的電流,通道2表示1Ω負載串聯(lián)電阻的電壓,也體現(xiàn)了總負載電流的大小。所以,總的負載電流為150mA,109mA由外部調(diào)整管提供,其余41mA由穩(wěn)壓器IC提供。
圖4. 圖3電路的工作性能,輸出固定的150mA負載電流
通道1:輸出電壓
通道2:負載電流正比于1Ω負載串聯(lián)電阻的電壓
通道4:通過外部調(diào)整管提供的電流
圖5. 圖3電路的工作性能,負載瞬變電流為150mA
通道1:輸出電壓
通道2:負載電流正比于1Ω負載串聯(lián)電阻的電壓
通道4:通過外部調(diào)整管提供的電流
結(jié)論
通過將汽車應(yīng)用的多種需求集成到單片IC,MAX15006/MAX15007可直接用于目前的汽車設(shè)計,使汽車電子工程師的工作變得輕松。本文提供的參考設(shè)計只需極少的外部電路,所使用的IC可以滿足更高的負載電流需求,從而拓寬了它們的應(yīng)用領(lǐng)域。
本文來源于Maxim。
推薦閱讀:
特別推薦
- 授權(quán)代理商貿(mào)澤電子供應(yīng)Same Sky多樣化電子元器件
- 使用合適的窗口電壓監(jiān)控器優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計
- ADI電機運動控制解決方案 驅(qū)動智能運動新時代
- 倍福推出采用 TwinSAFE SC 技術(shù)的 EtherCAT 端子模塊 EL3453-0090
- TDK推出新的X系列環(huán)保型SMD壓敏電阻
- Vishay 推出新款采用0102、0204和 0207封裝的精密薄膜MELF電阻
- Microchip推出新款交鑰匙電容式觸摸控制器產(chǎn)品 MTCH2120
技術(shù)文章更多>>
- 中微公司成功從美國國防部中國軍事企業(yè)清單中移除
- 華邦電子白皮書:滿足歐盟無線電設(shè)備指令(RED)信息安全標準
- 功率器件熱設(shè)計基礎(chǔ)(九)——功率半導(dǎo)體模塊的熱擴散
- 準 Z 源逆變器的設(shè)計
- 第12講:三菱電機高壓SiC芯片技術(shù)
技術(shù)白皮書下載更多>>
- 車規(guī)與基于V2X的車輛協(xié)同主動避撞技術(shù)展望
- 數(shù)字隔離助力新能源汽車安全隔離的新挑戰(zhàn)
- 汽車模塊拋負載的解決方案
- 車用連接器的安全創(chuàng)新應(yīng)用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門搜索
單向可控硅
刀開關(guān)
等離子顯示屏
低頻電感
低通濾波器
低音炮電路
滌綸電容
點膠設(shè)備
電池
電池管理系統(tǒng)
電磁蜂鳴器
電磁兼容
電磁爐危害
電動車
電動工具
電動汽車
電感
電工電路
電機控制
電解電容
電纜連接器
電力電子
電力繼電器
電力線通信
電流保險絲
電流表
電流傳感器
電流互感器
電路保護
電路圖