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PPTC器件保护汽车电子设备免受电源极性反接的损害

来源:    作者:    发布时间:2015-04-03 09:04:58    浏览量:

这不会形成一种瞬间破坏的故障状态。但是,场效应管的功率消耗通常将增加约5倍,这是由于器件两端的电压降在这种情况下约为1V(电流流经内在二极管的PN结),而不是0.2V的额定正向VDS 电压(按场效应管漏极空心电感器至源极之间进行测量)。除非采用正确的热量控制惯例,如使用尺寸足够大的散热器来耗散在极性接反状态持续期间产生的热量,否则在这种情况下持续工作将烧毁MOSFET。

这一附加散热器将增加本应用中的成本、重量和尺寸,而这些正是汽车制造商和供应商希望减少的领域。即使是采用热保护场效应晶体管,例如TEMPFET,仍无法防止在这种条件下不被烧毁,其原因在于场效应管的门极无法控制流经内在二极管的电流。

增加一个与负载串联的聚合物正温度系数器件,并将它与旁路二极管进行耦合(参见图4d),能够提供蓄电池极性接反故障的保护,并且可以采用尺寸较小的散热器。更为重要的是,它能够防止电流的反向流动,从而避免了电磁阀或电机的异常动作。

感应负载和蓄电池极性接反

对于感应负载,最为常见的处理方法是采用连接在负载两端的续流二极管,以抑制在负载切断时所产生的电压毛刺。图4a所示为用作高压侧和低压侧开关的带感应负载的大功率MOS场效应晶体管。在极性接反的状态下,电流将通过场效应管中的正向偏置的内在二极管和并联在负载两端的续流二极管进行流动,在电源的正极和负极端子之间建立起一个直接的短路通路(图4b)。制止这种电流流动的一种方功率电感器式是,使用如图4c所示的正向导通二极管。但是,对于大电流负载,如绕行电感器前所述,这一解决方案可能因成本过高而无法采用。另一种替代方案是使用聚合物正温度系数器件,将其与较小的整流二极管耦合,这样只需耐受聚合物正温度系数器件“分断”所需要的浪涌电流,这点与必须连续支持全负载电流的正向导通二极管不同。


电机保护

绝大多数为使乘车者更加舒适和方便的小功率电机都是电刷式直流电机。双一体电感器向电机(如动力车窗、动力座位和动力锁)的驱动方式是采用一个“H桥”配置,由4个大功率MOS场效应晶体管按图5a中的方便连接而成。

在使电机正向旋转时,场效应管1和4同时接通;而要使电机反向旋转时,场效应管2和3要同时接通。在反向极性连接情况下,对H桥电路所产生的等效电路为两个串联内在二极管并联在电源的正极和负极端子之间(见图5b),所以实际上建立了短路通路。

基于上述相同的原因,使用一个串联的正向导通二极管可能在经济上并不可行。但是,通过使用串联的聚合物正温度系数器件,既有助于提供经济可行的极性接反保护方式,而且同时将系统内的电压损耗降至最低(见图5c)。在极性接反条件下的等效电路如图5d所示。一般情况下,场效应管的内在二极管便于提供能使聚合物正温度系数器件在毫秒内分断所需的临时浪涌电流。

如图2、3b、4d和5d所示的电路,在极性接反状态下建立电流通路的二极管,必须具备一定的浪涌容量额定值,从而在二极管的安全运行区(SOA)内造成PPTC器件分断。也就是说,聚合物正温度系数器件的“分断时间”绝对不得超过二极管的浪涌电流的时间限制。聚合物正温度系数器件可在一系列的电流和最大分断时间额定值范围内进行选择,以满足绝大多数应用的需求。

降低汽车的功率损失

随着汽车负载量的不断增加,汽车制造商及其电子系统供应商正在策划下一代的汽车供电系统,以取代自20世纪50年代以来一直应用于汽车的12V蓄电池系统。这项PowerNet技术规定了汽车电源的电压限制为目前常规系统的3倍。

这个42V的系统,包括针对仍可用于双电压结构的12V产品的更严格的技术规范。因此,目前功率较低的产品仍能够继续使用多年,并与功率更高的产品相结合,共同应用在42V的总线上。由于成本与演进至42V电源的过程息息相关,汽车制造商正试图延缓这一过程,并寻求能够降低功率消耗的任何机会。

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    XC6206P472MR 似

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