高频汽车电源设计

　　瞬态过压保护

　　汽车系统中，大多数过压条件都是由感性负载的开关操作引起的瞬态过压，这类负载包括启动电机、燃油泵、车窗电机、继电器线圈、螺线管、点火器件和分布电感等。任何感性负载上的脉冲电流都会产生过压脉冲。根据幅度、持续时间的要求，可以选择滤波器、金属氧化物可变电阻、瞬态电压抑制器等抑制这类瞬态过压。图1至图4说明了ISO7637对过压抑制的要求，表1是对ISO7637规定的总结。

图1. 周期性的开关操作会产生周期性的负脉冲，幅度在(80V至-150V，持续时间1ms至140ms，典型源阻抗为5Ω至25Ω。

图2. 周期性的开关操作使电路产生正向脉冲电压，幅度在+75V至+150V，典型持续时间50μs。典型源阻抗为2Ω至10Ω。

图3. 周期性开关操作在电路中产生-150V、100ns的负脉冲(3a)和100V、100ns的正脉冲(3b)，源阻抗典型值为50Ω。

图4. 交流电机以大电流给放电电池充电时突然中断，将会产生一个甩负载脉冲。电流突降会在电机输出端产生一个高压，以保持系统内部的总能量。瞬态持续过程取决于电机励磁电路的时间常数和调节器的响应时间。

表1. 来自不同OEM的传导抑制测试*

　　如上所述，电池电压不能直接供给低电压、高性能开关转换器，而是将电池连接到瞬态电压抑制起，如MOV或旁路电容及其后续的传统限幅电路。这些简单电路一般采用p沟道MOSFET构成(图5a)。p沟道MOSFET的额定电压为50V至100V，具体取决于VBAT输入端的瞬态电压。

　　利用12V齐纳二极管(Z1)保护MOSFET的栅-源极，防止栅-源电压超过VGSMAX, 当输入电压(VBAT)低于齐纳管Z2的击穿电压时，MOSFET处于饱和状态。输入电压发生瞬变时，MOSFET将阻止高于Z2击穿电压的电压通过。这个电路的缺点是使用了一个昂贵的p沟道MOSFET和许多外围元件。

图5a. 输入限幅电路(保护电路)采用了一个p沟道MOSFET。

　　另一方案是使用NPN晶体管，NPN管的基极电压嵌位在VZ3, 将发射极电压调整在(VZ3 - VBE)。这个方案成本较低，但VBE压降产生一定的损耗：PLOSS = IIN x VBE。另外，VBE压降也增加对电池最小工作电压的要求，尤其是在冷启动情况(图5b)。第三个方案是使用n沟道MOSFET，n沟道MOSFET的选择范围较广，而且便宜，可以作为隔离元件使用。其栅极驱动比较复杂，要求VG高于源极电压。

图5b. 输入限幅电路(保护电路)采用了一个NPN晶体管。

图5c. 输入限幅电路(保护电路)采用了一个n沟道MOSFET。