Цепь защиты при резких изменениях напряжения автомобильной сети

Р. Морадхан
Новости Электроники 11, 2008

Во многих областях автомобильной электроники необходимо обеспечить постоянное напряжение питания, которое остается неизменным даже в случае кратковременного отсутствия энергии. В данной статье речь пойдет о MAX6495, который выдерживает перепады входного напряжения до 72 В.

Цепь, демонстрируемая на рисунке 1, сохраняет питание на нагрузке независимо от короткого замыкания или обрывов электрической сети.

 

Рис. 1. Схема цепи слаботочной защиты от перенапряжения

Этот автомобильный источник питания выдерживает перепад входного напряжения до 72 В и сохраняет регулируемое выходное напряжение, удерживая напряжение на входе даже в случае непродолжительного короткого замыкания и нарушения электроснабжения (обрывов проводов). Слаботочная защита от перенапряжения IC (MAX6495) также сохраняет нагрузку в случае неустановившегося напряжения (до 72 В).

Цепь действует с номинального входного напряжения 13 В. При аварийных кратковременных отключениях питания большое емкостное сопротивление на входе DC/DC-преобразователя (C1) поддерживает напряжение постоянным, обеспечивая питание преобразователя в течение приблизительно 5 миллисекунд. В случае кратковременного короткого замыкания источника питания цепь предотвращает разрядку C1 и вновь защищает выход преобразователя от перебоев в подаче электроэнергии в цепи питания.

Если входное напряжение 13 В падает при замыкании на землю, необходимо защитить накопительный конденсатор C1 от обратной разрядки из-за короткого замыкания. Эта задача выполняется транзисторами Q1 и Q2: Q1 включается при коротком замыкании на затвор транзистора, а Q2 - при подаче 13 В на C1 к затвору Q2. Q2 шунтирует на землю внутренний генератор подкачки заряда у затвора, который отключает проходные транзисторы Q3 и Q4 путем быстрой разрядки емкости затвора. При выключенных транзисторах Q3-Q4 невозможна разрядка C1 при коротком замыкании, и выходное напряжение на рисунке 1 остается в данном случае неизменным. Как видно из рисунка 2, на выходное напряжение на рисунке 1 (нижняя траектория) не влияет кратковременное короткое замыкание входной цепи (верхняя траектория).

 

Рис. 2. Осцилограмма зависимости выходного напряжения от входного, при кратковременном коротком замыкании

Общий заряд транзисторов Q3 и Q4 должен быть низким для обеспечения быстрого включения и выключения, и значение VDS(макс) должно быть достаточно высоким с учетом самого высокого ожидаемого напряжения. Значение RDS(вкл) для Q3-Q4 должно быть низким, чтобы свести к минимуму падение напряжения и рассеивание мощности.

 

Рис. 3. Снижение напряжения на конденсаторе в результате разрядки

Значение C1 зависит от мощности нагрузки, максимально допустимого статизма по напряжению (рисунок 3) и предполагаемой длительности падения входного напряжения (время непрерывности электроснабжения):

Энергия, сохраняемая в конденсаторах, рассчитывается по формуле:
 

, то есть . , где

E = накопленная энергия

C = емкость

∆V = максимально допустимая степень неравномерности (статизм) регулирования

P = мощность при нагрузке

∆T = предполагаемая длительность падения входного напряжения