熱插拔控制器在汽車電路中的應(yīng)用

朱玉鳳，齊 晗

（浙江中科正方電子技術(shù)有限公司,沈陽 110168）

隨著汽車電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，越來越多的電子設(shè)備被應(yīng)用到汽車上。當(dāng)對(duì)其他電子設(shè)備進(jìn)行帶電插拔時(shí)，DC/DC電源設(shè)計(jì)中的輸入電容提供了一個(gè)初始的低阻抗回路，會(huì)產(chǎn)生巨大的浪涌電流。巨大的浪涌電流有可能損壞接插件、導(dǎo)線及模塊的輸入電容，甚至?xí)斐尚铍姵仉妷旱乃查g跌落，使系統(tǒng)中其他的設(shè)備復(fù)位而不能正常工作。因此，在電子模塊設(shè)計(jì)一種合適的且電磁兼容性（EMC）好的熱插拔保護(hù)電路就顯得尤為重要[1-2]。本文以美國國家半導(dǎo)體公司推出的熱插拔控制器LM5060Q1MM為例，介紹熱插拔控制器在汽車電子模塊中的應(yīng)用。

1 LM5060Q1MM的主要功能

1）實(shí)現(xiàn)故障設(shè)備和系統(tǒng)的隔離，并能提供相應(yīng)的故障指示。如果設(shè)備故障自動(dòng)消失（例如設(shè)備被短路后又恢復(fù)正常），熱插拔控制器可以重新使能設(shè)備。

2）內(nèi)部集成驅(qū)動(dòng)N-channel MOSFET的電荷泵，控制外接MOSFET的開或關(guān)。

3）具有電壓監(jiān)視功能。如果電源電壓出現(xiàn)異常，控制器的GATE腳輸出低電平，從而關(guān)閉OUT腳的電壓輸出，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的安全隔離。

4）可編程實(shí)現(xiàn)欠壓和過壓保護(hù)[3]。

5）過流保護(hù)（負(fù)載短路保護(hù)）。當(dāng)流過MOSFET的電流超過電路的設(shè)定值時(shí)，控制器的GATE腳輸出低電平，從而關(guān)閉OUT腳的電壓輸出。

6）上電延時(shí)啟動(dòng)功能。啟動(dòng)時(shí)間可由Timer腳所接電容進(jìn)行編程，有效避免熱插拔時(shí)的抖動(dòng)。

7）5.5～65 V寬電壓輸入，保證模塊在冷車發(fā)動(dòng)和負(fù)載突降的情況下仍正常工作[4]。

8）汽車級(jí)認(rèn)證：AECQ-100。

LM5060Q1MM管腳信息見表1。

2 典型應(yīng)用

以24 VDC供電為例，其在電源保護(hù)電路中的連接如圖1所示。

表1 LM5060Q1MM管腳信息

芯片內(nèi)部集成驅(qū)動(dòng)外接N導(dǎo)電溝道MOSFET的柵極驅(qū)動(dòng)電路和所需的電荷泵，通過控制外接MOSFET柵極電壓來控制初始化時(shí)流入負(fù)載的電流大小[5]，限制浪涌電流。電流限制可以通過采樣電阻Rs的大小進(jìn)行編程控制。UVLO和OVLO腳可以實(shí)現(xiàn)欠壓、過壓保護(hù)。故障延遲時(shí)間可由Timer腳所接電容進(jìn)行編程控制。當(dāng)熱插拔完成，輸出電壓VOUT穩(wěn)定后PowerGood信號(hào)使能。

主要元器件的選擇如下：

1）MOSFET（Q1）的選擇。IDSMAX：IDSMAX=C4×d V/d t[6]C4為負(fù)載電容；d V為最高輸入電壓65 V；d t為電流脈沖最大持續(xù)時(shí)間。如C4=470μF，d t=8 ms，則IDSMAX=470×65/8000=3.8 A。VDSMAX：取電源最大輸入電壓65 V。PDMAX功率限制：PDMAX=VDS×IDS=65 V×3.8 A=247 W。這三個(gè)條件同時(shí)滿足，MOSFET工作在SOA范圍內(nèi)，三極管不會(huì)被損壞。電路中選取IRF8010，它的具體參數(shù)為

2）CTIMER（C2）的選擇。芯片延時(shí)啟動(dòng)時(shí)間tFaultDelay=VTIMERH× CTIMER/ITIMERH。當(dāng) CTIMER=68 nF 時(shí)，tFaultDelay=2 V×68 nF/11μA=12 ms。

3）分壓電阻的選擇及電源輸入范圍的計(jì)算：

考慮分壓電阻的電流損耗及噪聲靈敏度，推薦R2、R3、R4、R5 的取值范圍為 10～200 K。

應(yīng)用電路中：取OVPTH=2V，UVLOTH=1.6V，UVLOBIAS=5.5μA。

R2=150 K，R3=10 K，R4=62 K，R 5=15 K

VBattery-min=8.55 V，VBattery-max=32 V

3 結(jié)束語

該電路已成功應(yīng)用于一款為柴油發(fā)動(dòng)機(jī)開發(fā)的ECU控制器中，并通過重慶市電磁兼容技術(shù)中心檢測(cè)，性價(jià)比很高，具有很大的應(yīng)用價(jià)值。在電路設(shè)計(jì)時(shí)，還應(yīng)注意其電磁兼容性（EMC）[9]，對(duì)于各種電子控制器，要特別注意其抗電磁干擾能力的設(shè)計(jì)[10]。

[1]劉鵬程，邱揚(yáng).電磁兼容原理與技術(shù)[M].北京：高等教育出版社，1993.

[2]Vicor公司.熱插拔功能消除停機(jī)時(shí)間(05-100)[J/OL].電子產(chǎn)品世界，（2009-02-20）[2011-11-22].

[3]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)：數(shù)字部分（第3版）[M].北京：高等教育出版社，1988.

[4]JeffGruetter.汽車電源集成電路的新應(yīng)用與新挑戰(zhàn)[J/OL].電子產(chǎn)品世界，（2008-04-14）[2011-11-22].

[5]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)：模擬部分（第3版）[M].北京：高等教育出版社，1988.

[6]葉慧貞，楊興洲.新穎開關(guān)穩(wěn)壓電源[M].北京：國防工業(yè)出版社，1999.

[7]IRF8010.Internatinal IR Rectifier,Data Sheet[EB/OL].(2008-02-23)[2011-11-22].

[8]LM5060 High-side Protection Controller with Low Quiescent Current.National Semiconductor,Sept.22,2010.Data Sheet[EB/OL].[2011-11-22]

[9]付曉江，胡海鷗，張春艷，等.電路的電磁兼容設(shè)計(jì)[J].光電對(duì)抗與無源干擾，2002，（4）

[10]金松濤，丁良旭，劉青松.汽車電磁兼容問題研究的重要性[J].客車技術(shù)與研究，2011，（5）：1-5.