導(dǎo)語：電源接口防護電路設(shè)計分析一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：汽車電子中的電源接口發(fā)揮車輛的啟動功能，為了提高啟動效率和電子系統(tǒng)的抗干擾性，在電源接口設(shè)計中要設(shè)置防護電路。基于對電源接口常見干擾的分析，本文提出了電源結(jié)構(gòu)的防護電路設(shè)計方法，在滿足車輛的啟動要求基礎(chǔ)上，防止各類干擾因素對整個電子系統(tǒng)造成過大影響，提高電子系統(tǒng)的運行壽命。

關(guān)鍵詞：汽車電子；電源接口；防護

電路在汽車電子系統(tǒng)的運行中，電源接口將直接決定電子系統(tǒng)是否運行，所以電源結(jié)構(gòu)需要具備極高的運行穩(wěn)定性和安全性。在車輛的運行中，結(jié)構(gòu)線路中會出現(xiàn)很多電流干擾，尤其是在車輛的啟動階段，電子線路中會產(chǎn)生涌流，這類電流對系統(tǒng)造成的影響和干擾最大，所以在整個系統(tǒng)的運行中，要采取合理方法消除這些干擾對系統(tǒng)造成的影響。

1汽車電子中的電源接口常見干擾類型

電源接口的常見干擾包括電流涌流、電路過壓和電池反向電流等，這些干擾類型對電源接口的影響效果如下：1.1電流涌流。電流涌流通常發(fā)生在車輛的啟動階段，車輛未啟動階段，電子系統(tǒng)不運行，在啟動過程中，都可視作各線路中突然產(chǎn)生電流。在這一過程中，電流產(chǎn)生的涌流對電路造成的影響很大，尤其是一些敏感線路，各線路產(chǎn)生的電磁場會在敏感電路中產(chǎn)生電流，降低了整個系統(tǒng)的運行質(zhì)量[1]。另外這類涌流通常伴隨著系統(tǒng)中產(chǎn)生過電壓和過電流，對整個電子系統(tǒng)造成過大影響，嚴(yán)重時甚至?xí)舸╇娐废到y(tǒng)中的一些精密電子器件，導(dǎo)致整個系統(tǒng)無法運行。1.2電路過壓。在電源接口的運行中，當(dāng)電子系統(tǒng)運行穩(wěn)定性不足時，會產(chǎn)生電路過壓問題，該問題發(fā)生后，容易擊穿電子系統(tǒng)中的電子器件，導(dǎo)致車輛的電子系統(tǒng)無法運行。另外在車輛啟動后，發(fā)電機成為主要供電設(shè)備，發(fā)電機產(chǎn)生交變電流，容易對電子線路中的其余系統(tǒng)造成影響。由于發(fā)電機運行后產(chǎn)生的電壓高于蓄電池，會產(chǎn)生過電壓問題。車輛運行中的供電系統(tǒng)原理圖如圖1。從中可以看出，在發(fā)電機運行后，產(chǎn)生的電流容易對蓄電池和起重機造成影響，產(chǎn)生的過電壓會降低蓄電池的運行壽命。1.3電池反向電流。從上文中可以發(fā)現(xiàn)，在汽車的運行中，主要以發(fā)電機為汽車的電源，當(dāng)發(fā)電機產(chǎn)生的電壓過大時，會在電路中產(chǎn)生電池反向電流，雖然蓄電池在運行中能夠發(fā)揮一定的電容作用，并依托發(fā)電機充電，但是當(dāng)反向電流過大時，會導(dǎo)致整個電路的運行效率下降。另外在當(dāng)前的汽車中，起動機的額定電壓較小，與蓄電池的工作電壓相同，當(dāng)出現(xiàn)電池反向電流現(xiàn)象時，通常意味著發(fā)電機的電壓高于蓄電池電壓，容易導(dǎo)致起動機損壞，導(dǎo)致車輛無法啟動。

2汽車電子中的電源接口防護電路設(shè)計方法

2.1無源防護電路。無源防護電路的設(shè)計思想為，建成集合了電容、電感和電阻的電路系統(tǒng)，在該系統(tǒng)的運行中，各個電子器件發(fā)揮應(yīng)有作用。電感器設(shè)置在電路的干路上，這種設(shè)計方法能夠消除交變電流對電源接口的影響，電容位于電路的中間連接區(qū)域，當(dāng)電路中的電壓過大時，電容會充能，起到穩(wěn)定電路電壓的作用，另外在零線與火線之間，也設(shè)置了一個二極管，作用為保持電流的單向輸入和輸出。在電路的火線上設(shè)置保險絲，當(dāng)電路中的電流過大，會對其余構(gòu)件造成嚴(yán)重損壞時，保險絲熔斷，防止電子系統(tǒng)遭受到大規(guī)模破壞。這種保護電路的優(yōu)勢在于，有更低的生產(chǎn)成本，并且維修較為簡單，但是也存在明顯的缺點，表現(xiàn)為，在車輛的長期運行后，電容器的運行質(zhì)量會下降，無法發(fā)揮應(yīng)有的功能，導(dǎo)致對電子系統(tǒng)內(nèi)的防護效果下降，另外應(yīng)用保險絲的方式完成電路保護工作，保險絲熔斷時，車輛無法正常啟動。2.2有源防護電路。在當(dāng)前的汽車工業(yè)中，已經(jīng)廣泛應(yīng)用有源防護電路實現(xiàn)電源接口保護，這種電路通常應(yīng)用于敏感電路保護系統(tǒng)。有源在車輛運行中，由發(fā)電機供電，產(chǎn)生的電壓為12V，而蓄電池的電壓為6V，從供電設(shè)備上來看，發(fā)電機對敏感電路的影響更大，所以需要借助有源防護電路提高相應(yīng)的保護功能。本文提出的方法為，使用LT1641提供針對敏感電路的附加保護，在該設(shè)備的應(yīng)用中，在3種運行狀態(tài)下發(fā)揮作用，首先為發(fā)電機電能產(chǎn)生量較少的狀態(tài)，這種情況下發(fā)電機的電壓小于12V，而當(dāng)電壓小于9V時，車輛上電氣設(shè)備開啟后，容易導(dǎo)致車輛無法正常運行，所以LT1641的一個重要工作內(nèi)容為，分析和記錄發(fā)電機產(chǎn)生的電壓，并與控制器中的數(shù)據(jù)比較，確定是否發(fā)出電量不足警示信息，讓駕駛員關(guān)閉電氣設(shè)備[2]。其次為發(fā)揮系統(tǒng)的軟啟動功能，在電氣設(shè)備開啟以及車輛啟動中，為讓整個系統(tǒng)正常運行，LT1641控制相關(guān)設(shè)備的電壓緩慢上升，同時有該設(shè)備檢測電力系統(tǒng)運行中的其余參數(shù)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)電壓下降明顯時，通過對電路開關(guān)的控制，讓蓄電池參與電氣設(shè)備的供電過程。最后為保護主線路保險絲作用，雖然保險絲的最重要作用為保障電路的安全運行，但是電路運行中產(chǎn)生的常見干擾，也容易導(dǎo)致保險絲熔斷。在發(fā)生電路故障時，構(gòu)件中的斷路器與一定頻率嘗試重連，當(dāng)多次重連失敗后，意味著電路系統(tǒng)的故障無法自我消除，此時熔斷保險絲。而該設(shè)備的運行中，需要設(shè)置保險絲熔斷電壓和電氣設(shè)備隔離電壓，通常情況下，熔斷電壓為24V，電氣設(shè)備的隔離電壓為9V，當(dāng)發(fā)現(xiàn)瞬態(tài)過壓電流時，斷路器斷開電路，經(jīng)過1~2s后重連，同時LT1641中設(shè)置的時間記錄構(gòu)件運行，記錄電路系統(tǒng)的重連時間，斷了預(yù)期多次重來失敗后，可以確定電子系統(tǒng)中發(fā)生的故障為長期存在的故障，通過電路開關(guān)將電流引入保險絲上。2.3電池反向保護。在電池反向保護中，需要防止電子系統(tǒng)中產(chǎn)生的過大電流對控制器造成影響，對于這一保護方法，可以應(yīng)用的方法為，在保護電路中設(shè)置P-N二極管，可以有效防止產(chǎn)生的反向電壓進入到其余各類線路中。在電極管的設(shè)置中，要分析控制芯片的電流輸入與輸出方向，通常在電流輸出端設(shè)置二極管即可滿足防護要求，當(dāng)前的一些車輛中會在輸入和輸出端同時設(shè)置二極管。另外在一些車輛系統(tǒng)中，對于一些要求二極管運行中不產(chǎn)生功耗的器件來說，需要設(shè)置一個額外電路，實現(xiàn)無功或有功補償，本文提出的電路設(shè)計方案如圖2。在電路正常運行的情況下，電路中的二極管正向偏置，將電路中產(chǎn)生的功率傳輸?shù)絃T1641中，之后二極管的Q2柵極驅(qū)動，整個電路完全接通。當(dāng)產(chǎn)生電池反向電壓后，Q3的電平低于地電平，拉低了Q2端的電平，在這種狀態(tài)先，Q2端處于斷開狀態(tài)，將反向的輸入隔離，電子系統(tǒng)中產(chǎn)生的反向輸入不能進入到LT1641控制器中。2.4電壓限幅器。在當(dāng)前的汽車中，車輛的運行電壓普遍不高于25V，為了能夠保證車輛和所有電氣設(shè)備的正常穩(wěn)定運行，需要設(shè)置電壓限幅器，常見的這類構(gòu)件有LT1616，但是從最終的應(yīng)用效果上來看，這種控制器不適合應(yīng)用于汽車中，原因在于這種限幅器運行效率較低，故而要設(shè)計其余類型的控制器[3]。通過對當(dāng)前各類電壓限幅器性能和應(yīng)用原理的了解，本文設(shè)計了一種基于兩個電壓限幅器融合的新型限幅器，采用的限幅器為LDO穩(wěn)壓器和LT3012B/LT3013B融合的構(gòu)件，以實現(xiàn)對電壓的精確控制。在該系統(tǒng)中，LT3013B具備很寬的電壓輸入?yún)^(qū)域，電壓域達到4~80V，同時該構(gòu)件中也加入了電池反向保護系統(tǒng)，在具體的應(yīng)用中，無需設(shè)置額外的電池反向保護電路。在電路的正常運行狀態(tài)下，LDO穩(wěn)壓器的運行狀態(tài)等價于VOUT/VIN,當(dāng)系統(tǒng)電路系統(tǒng)的運行電壓較低時，LDO穩(wěn)壓器的運行效率大幅下降，研究結(jié)果表明，當(dāng)系統(tǒng)的運行電壓從12V降低到3.3V時，LDO系統(tǒng)的運行效率降低到28%。當(dāng)LDO穩(wěn)壓器和LT3013B連接時，能夠有效規(guī)避這一問題，原因在于，LT3013B在低壓狀態(tài)下有更高的運行效率，這種方式能夠補足LDO穩(wěn)壓器中存在的問題。在車輛的電路系統(tǒng)的運行中，當(dāng)構(gòu)件的輸入端電壓高于24V時，在LT3013B的作用下，能夠?qū)⑤敵鲭妷赫{(diào)整為24V。在常見的12V電路系統(tǒng)中，LT3013B的工作效率達到80%，其中LDO在該電壓先也有很高的運行效率，所以可以最終的輸出電壓能夠滿足汽車的正常穩(wěn)定運行要求。

3結(jié)論

綜上所述，在汽車電子中的電源接口系統(tǒng)中，常見的干擾類型為電流涌流、電壓的過壓干擾和電池反向干擾，為消除這些干擾因素，保證電子系統(tǒng)正常穩(wěn)定運行，基礎(chǔ)思路為設(shè)置無源調(diào)節(jié)信號，但是該系統(tǒng)存在重大缺陷，在當(dāng)前的車輛工程中，保護電路的設(shè)置方法為設(shè)置有源保護電路、電壓限幅器、電池反向保護裝置等措施達成目的，確保電路系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運行。

參考文獻：

[1]王祥楚.汽車電子中的電源接口防護電路設(shè)計分析[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2019（01）：84-85.

[2]石紹輝.基于CAN總線的汽車遠程啟動及輔助系統(tǒng)的研制[D].重慶大學(xué)，2017.

[3]張娜.汽車電子控制器開發(fā)裝置主控制器模塊研究[D].重慶交通大學(xué)，2014.

作者:卞俊 單位:同濟大學(xué)