車環(huán)境對(duì)電子產(chǎn)品而言是非?？量痰模喝魏芜B接到12V電源上的電路都必須工作在9V至16V的標(biāo)稱電壓范圍內(nèi),，其它需要迫切應(yīng)對(duì)的問題包括負(fù)載突降、冷車發(fā)動(dòng),、電池反向,、雙電池助推、尖峰信號(hào)、噪聲和極寬的溫度范圍。在負(fù)載突降時(shí),，交流發(fā)電機(jī)的輸出電壓迅速升高到60V或更高的電壓；冷車發(fā)動(dòng)指的是在低溫時(shí)起動(dòng)汽車,，這會(huì)引起電池電壓下降至6V或更低,；電池反向是在激活一個(gè)沒電的電池時(shí)，由于粗心地將電纜極性接反造成的,。很多牽引車都配備兩個(gè)串聯(lián)起來的12V電池,，以在寒冷的天氣中幫助起動(dòng)一個(gè)電池沒電的汽車。這將使電氣系統(tǒng)的電壓范圍提高到了28V,，直到汽車起動(dòng)且牽引車司機(jī)斷開跨接電纜為止,。

　　無源保護(hù)電路

　　用于汽車電子產(chǎn)品的無源保護(hù)網(wǎng)絡(luò)如圖1所示。與此相同或類似的電路廣泛用于保護(hù)與汽車 12V 總線連接的各種系統(tǒng),。這種網(wǎng)絡(luò)防止高壓尖峰,、持續(xù)過壓、電池反向和電流過度消耗造成損害,。圖1的電流保護(hù)作用很明顯，如果負(fù)載電流超過1A的時(shí)間很長,，保險(xiǎn)絲F1就會(huì)熔化,。D1與F1結(jié)合防止電池反向連接造成損害，大電流流經(jīng)正向偏置的D1并燒斷保險(xiǎn)絲,。電解電容器大約在額定電壓的150%時(shí)有一個(gè)有趣的特性：隨著終端電壓的提高,，這種電容消耗的電流也越來越大，就C1而言,，它在輸入持續(xù)升高時(shí)起箝位作用（最終燒斷保險(xiǎn)絲）,。雙電池助推時(shí)的電壓為28V左右，這不會(huì)燒斷保險(xiǎn)絲,，因?yàn)镃1 25V的額定值足夠高,，額外消耗的電流很少。電感器增加了很小的電阻,，以限制峰值故障電流以及輸入瞬態(tài)的轉(zhuǎn)換率,，從而在存在尖峰時(shí)幫助C1實(shí)現(xiàn)箝位。

　　圖 1：以簡(jiǎn)單性為特點(diǎn)的無源保護(hù)網(wǎng)絡(luò)

　　無源網(wǎng)絡(luò)的主要缺點(diǎn)是它依靠燒斷保險(xiǎn)絲來防止過流,、過壓和電池反向造成損害,。另一個(gè)缺點(diǎn)是，它依靠電解電容實(shí)現(xiàn)箝位,。這種電容器老化以后,，電解質(zhì)會(huì)變干,，等效串聯(lián)電阻（ESR）提高的特性也就消失了，這會(huì)損害箝位效果,。有時(shí)D1采用大的齊納二極管以幫助這個(gè)電容器發(fā)揮作用,。人們已經(jīng)設(shè)計(jì)出了有源電路來克服這些缺點(diǎn)。

　　有源電路

　　圖2顯示了一個(gè)有源解決方案,，該方案用于屏蔽敏感電路,，使其免受變化不定的12V汽車系統(tǒng)的影響。采用LT1641(＄2.5125)來驅(qū)動(dòng)輸入N溝道 MOSFET,，而上述提供無源解決方案就不具備這種附加保護(hù)：首先,，LT1641在輸入低于9V時(shí)斷開負(fù)載，以防在低輸入電壓時(shí)系統(tǒng)失靈,，并在起動(dòng)時(shí)或充電系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí),，減少系統(tǒng)向非關(guān)鍵負(fù)載提供寶貴的電流的機(jī)會(huì)；其次,，LT1641在首次加電時(shí)逐漸升高輸出電壓,，對(duì)負(fù)載實(shí)行軟啟動(dòng)；第三,，通過限流和定時(shí)斷路器保護(hù)輸出免受過載和短路影響,。如果發(fā)生電流故障，斷路器就以1至2Hz的速率自動(dòng)重新嘗試建立連接,，可以設(shè)定保護(hù)電路上行線路保險(xiǎn)絲的容限,，讓它在LT1641的下行線路出現(xiàn)電流故障時(shí)不熔化；最后,，圖2所示電路隔離出現(xiàn)在輸入端的過壓狀態(tài),，同時(shí)提供箝位輸出，以便負(fù)載電路在出現(xiàn)過壓時(shí)能繼續(xù)正常工作,。

　　在12V輸入的通常情況下,，LT1641將MOSFET的柵極充電至大約20V以充分提升MOSFET的電壓，并向負(fù)載提供電源,。27V齊納二極管D1的兩端分別連接?xùn)艠O與地,，但是在9至16V的工作電壓范圍內(nèi)不起作用。當(dāng)輸入升高到超過16V時(shí),，LT1641繼續(xù)給MOSFET的柵極充電,，試圖保持MOSFET完全接通。如果輸入升得太高,，齊納二極管就會(huì)對(duì)MOSFET的柵極箝位,，并將輸出電壓限制在大約24V。LT1641本身在其輸入端能夠處理高達(dá)100V的電壓，而且不受柵極箝位動(dòng)作的影響,。柵極箝位電路比無源解決方案的箝位電路精確得多,，而且簡(jiǎn)單地通過選擇一個(gè)具有合適擊穿電壓的D1，就可以輕松調(diào)整柵極箝位電路以滿足負(fù)載要求,。

　　圖2所示電路在負(fù)載電流高達(dá)1A左右時(shí)工作得很好,，但是就更高的負(fù)載電流而言，推薦使用圖3所示電路來防止MOSFET過度消耗功率,。如果過壓狀態(tài)持續(xù)存在,，如電氣系統(tǒng)由兩個(gè)串聯(lián)電池供電的時(shí)間超過通常所需時(shí)間，或負(fù)載突降后電流慢速上升以及MOSFET較小時(shí),，那么過度消耗功率是有風(fēng)險(xiǎn)的,。輸出由D1和D2取樣，如果輸入超過16.7V,，那么就向“SENSE”引腳反饋一個(gè)信號(hào),，以將輸出穩(wěn)定在16.7V。這里的調(diào)節(jié)比圖1所示電路的調(diào)節(jié)更精確,，并且可以通過選擇合適的齊納二極管輕松定制,，以滿足負(fù)載的需求。

　　圖 2：過壓瞬態(tài)保護(hù)器將輸出箝位在24V左右,，如果輸入降至低于9V就斷接

　　總的功耗由“TIMER”引腳限制,，這個(gè)引腳記錄MOSFET調(diào)節(jié)輸出所用的總時(shí)長。如果過壓狀態(tài)持續(xù)超過15ms,，那么 LT1641就停機(jī)并允許MOSFET停止輸出調(diào)節(jié),。在大約半秒鐘以后，該電路嘗試重新啟動(dòng),。這種重啟周期一直持續(xù)，直到過壓狀態(tài)消失并恢復(fù)正常工作為止,。處理過流故障的方法與圖2描述的方法相同,。

　　電池反向保護(hù)

　　簡(jiǎn)單地增加一個(gè)串聯(lián)二極管，就可以給圖2或圖3所示電路增加電池反向保護(hù)功能,。

　　圖 3：調(diào)整箝位電壓以在輸入浪涌上升時(shí)箝位,，保護(hù)MOSFET免受功率過度消耗的影響

　　在大多數(shù)情況下，采用普通p-n二極管就可以,，如果正向壓降很重要,，可以選擇肖特基二極管。在隔離二極管中的功耗不可接受的關(guān)鍵應(yīng)用中,，圖4所示的簡(jiǎn)單電路就可以解決這個(gè)問題,。

　　圖 4：用于圖2和圖3的電池反向保護(hù)

　　在正常工作情況下，MOSFET Q2的體二極管正向偏置，并傳送功率至LT1641,。LT1641接通時(shí),，Q2柵極獲得驅(qū)動(dòng)，從而完全接通,。如果輸入反向,，那么Q3的射極就被拉低至低于地電平，Q3接通,，從而將Q2的柵極拉低并保持其接近Q2的源極電平,。在這種情況下，Q2保持?jǐn)嚅_狀態(tài),，并隔離反向輸入,，使其不能到達(dá)LT1641和負(fù)載電路。微安級(jí)電流流經(jīng)1MΩ電阻,，到達(dá)LT1641的“GATE”引腳,。

　　高壓LDO用作電壓限幅器

　　最高輸入電壓額定值為25V或更低的降壓穩(wěn)壓器（如LT1616(＄2.0502)）一般不考慮用于汽車應(yīng)用。然而,，如果與LT3012B(＄2.4100)/LT3013B(＄2.6500)等低壓差（LDO）線性穩(wěn)壓器結(jié)合使用,，在輸入電壓上的缺點(diǎn)就可以輕松克服。這種尺寸小,、效率高的組合如圖5所示,，可以在汽車環(huán)境中提供3.3V輸出。

　　圖 5：LT3013B用作電壓限幅器

　　LT3013B擁有4V至80V的寬輸入電壓范圍,，并集成了電池反向保護(hù)功能,，無需特殊電壓限制或箝位電路，因此節(jié)省了成本和電路板面積,。在以適中的負(fù)載電流工作時(shí),，LDO穩(wěn)壓器的效率近似等于VOUT/VIN。如果VOUT比VIN低得多,，那么LDO的效率就會(huì)下降,。例如，將12V 輸入降至3.3V輸出時(shí),，效率僅為28%,。

　　在圖5中，通過讓LT3013B在正常輸入電壓范圍內(nèi)以低壓差方式工作實(shí)現(xiàn)更高的效率,。在這種情況下,，LT3013B的輸出電壓設(shè)定為 24V。該LDO的輸出電壓僅比VIN低400mV,，它以97%的效率為LT1616降壓型穩(wěn)壓器供電,，而且電壓恰好在正常工作電壓范圍的中間。在負(fù)載突降情況下，VIN可能迅速升至高達(dá)80V,，但是在VIN超過24.4V時(shí),，LT3013B將調(diào)整它的輸出，并將其有效地“限制”在24V,，這剛好在 LT1616開關(guān)的額定電壓范圍內(nèi),。如果VIN上升至高于24.4V，該LDO的效率會(huì)下降,，但是這種情況持續(xù)時(shí)間很短,，不會(huì)產(chǎn)生什么不良后果。LT1616將LT3013B受到限制的輸出轉(zhuǎn)換為3.3V,。在12V輸入時(shí),，該開關(guān)的效率大約為80%。在冷車發(fā)動(dòng)時(shí),，汽車的電壓可能降低至5V,。在這種情況下，LT1616的輸入電壓為4.6V,，恰好處于它的工作電壓范圍之內(nèi),。LT3013B LDO穩(wěn)壓器與LT1616開關(guān)結(jié)合，在不犧牲效率的前提下,，可在12V汽車電氣系統(tǒng)典型的寬工作電壓范圍內(nèi)提供穩(wěn)定的3.3V輸出,。

　　一個(gè)集成度更高的解決方案是LT3437(＄2.6500)。LT3437是一個(gè)200kHz的單片降壓型穩(wěn)壓器,，它的輸入電壓范圍為3.3V至80V,。其在無負(fù)載時(shí)的100uA低靜態(tài)電流是今天始終保持接通系統(tǒng)所必需的?？梢栽贚T3437的輸入端串聯(lián)一個(gè)低成本的二極管以提供電池反向保護(hù),。