用有源高壓瞬態(tài)保護器替代傳統(tǒng)的汽車電子無源保護器件

TVS二極管

雪崩二極管(與齊納二極管類似，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，保護電子電路免遭尖峰電壓和拋負載的破壞。這些二極管具有快速開啟、緩慢關(guān)斷特性。與其它過壓保護器件(如：可變電阻)相比，雪崩二極管對過壓事件的響應(yīng)速度更快。其性能指標不會隨著使用壽命的延長以及瞬態(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。這類二極管通常表示為Transil?、TransZorb?或簡稱為TVS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特定電壓后阻值會迅速降低(圖4)。在鉗位正向和負向電壓時，其功能類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較高的電流和能量，但當電壓接近鉗位電壓時，漏電流較大。鉗位電壓也會隨電流的增加而明顯提高?？勺冸娮杵髟谥貜?fù)受到浪涌沖擊時性能會受到一定影響，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對應(yīng)的鉗位電壓)

分立式保護電路

一種簡單且性價比較高的保護電路是將負載與鉗位電路(如TVS二級管)并聯(lián)，在電容之前加一個保險絲(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)過壓以及拋負載條件下為系統(tǒng)提供保護。當出現(xiàn)負的瞬態(tài)電壓或穩(wěn)定的反向電壓時，TVS正向?qū)?，從而將負向電壓鉗位在其導(dǎo)通電壓(例如-1V)，為后續(xù)電路提供保護。對于能量較低的負瞬態(tài)電壓，例如：繼電器或螺線管開關(guān)引入的過壓，可以通過電容(ClowE)濾除。如果持續(xù)保持正向或反向過壓狀況，保險絲將熔斷。


圖5. 利用濾波電容、瞬態(tài)抑制二極管和保險絲構(gòu)成的簡單過壓保護電路

為了避免在難以接近的ECU部位更換保險絲，或保證ECU的連續(xù)運轉(zhuǎn)，必須采取其它技術(shù)，如額外的串聯(lián)保護。圖6電路可使ECU免遭電池反接以及瞬態(tài)負壓(D2)、高于TVS二極管(D1)擊穿電壓的正向過壓脈沖(拋負載和低能量瞬態(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)的負脈沖最大值。


圖6. 用二極管取代圖5中的保險絲，該電路不但提供過壓保護并且提供負向瞬態(tài)電壓保護和電池反接保護。