車輛中電子電路數(shù)量不斷增加，使得需要消耗的電池電量也隨之大幅增長。為了支持遙控免鑰進入和安全等功能,，即使在汽車停車或熄火時,，電池也要持續(xù)供電。
由于所有車輛都使用有限的電池供電，因此必須找到一種方法，一方面能增加更多功能（尤其是在設計汽車前端電源系統(tǒng)時），同時又不會顯著增加耗電量,。是否需要符合嚴格的電磁兼容性 （EMC） 標準（例如，國際標準化組織的 ISO7637 和德國汽車制造商制定的LV 124標準）,，直接影響前端電池反向保護系統(tǒng)的整體設計,。一些原始設備制造商將車輛處于停車狀態(tài)時的總電流消耗規(guī)定為：在 12V 電池供電系統(tǒng)中每個電子控制單元 （ECU） 低于100?A，在 24V 電池供電系統(tǒng)中低于500?A,。
在本文中,，我將介紹設計低靜態(tài)電流 （IQ） 汽車電池反向保護系統(tǒng)的三種方法。
使用 T15 作為點火或喚醒信號
設計低 IQ 電池反向保護系統(tǒng)的第一種方法是使用T15 作為點火或喚醒信號,。T15 是一個接線端子,，當車輛點火開關關閉時，它會與電池斷開連接,。使用 T15 作為外部喚醒信號是一種在睡眠或活動模式下運行 ECU 的傳統(tǒng)方法,。圖 1 為一個示例,。
圖 1：使用 T15 作為喚醒信號的汽車 ECU 中的電池反向保護
當點火開關打開時，T15 會連接到電池電壓 （VBATT） 電位,，從而使理想二極管的使能引腳處于邏輯高電平,。處于有源模式下的理想二極管控制器，在啟用電荷泵,、控制和場效應晶體管 （FET） 驅(qū)動器電路的同時,，主動控制外部 FET 以實現(xiàn)理想二極管運行。當車輛停車時,，T15 降至 0V,，理想二極管控制器利用關斷狀態(tài)做出響應，這會導致電荷泵和控制塊關閉,，從而使 IQ 消耗低于3?A,。在這種工作模式下，外部 FET 關閉,，F(xiàn)ET 的體二極管形成正向傳導路徑,，為負載供電。該方案需要額外向 ECU 接線,。
使用系統(tǒng)的 MCU 和 CAN 喚醒信號
第二種方法是使用系統(tǒng)的微控制器 （MCU） 和控制器局域網(wǎng) （CAN） 喚醒,。在很多情況下,，系統(tǒng)的通信通道使低 IQ 關斷模式成為可能,。圖 2 為使用這種方法的示例系統(tǒng)設計。
圖 2：使用 MCU 和 CAN 喚醒信號實現(xiàn)使能控制的低 IQ 電池反向保護
車輛中的 CAN 收發(fā)器將消息從通信總線轉(zhuǎn)換到各自的控制器（通常是 MCU）,。收發(fā)器可以通過發(fā)出進入待機模式直到被喚醒的命令,，來指示何時不需要相關功能。此時中繼消息指示控制器會傳遞將系統(tǒng)置于低功耗狀態(tài)的指令,，其實現(xiàn)方式是使理想二極管控制器的使能信號處于邏輯低電平,。借助更先進的收發(fā)器和系統(tǒng)基礎芯片，一個器件可以處理此過程的多種功能,，并過渡到低功耗狀態(tài)或進行喚醒,。
該方案需要來自 MCU 的內(nèi)部控制信號（通過 CAN 控制）。
使用常開理想二極管控制器
第三種方法是使用常開理想二極管控制器,。大家可以想象一下這個不需要控制信號即可進入低功耗狀態(tài)的系統(tǒng)設計,。在這種設計中，無需額外進行接線也無需依賴系統(tǒng)軟件,，即可使理想二極管控制器始終處于啟用狀態(tài),，即使在睡眠模式下也是如此。這種類型的系統(tǒng)設計可以使用低 IQ 理想二極管控制器來實現(xiàn),，例如 LM74720-Q1,、LM74721-Q1 或 LM74722-Q1,，如圖 3 所示。這些器件集成了所有必要的控制塊,，用于符合 EMC 標準的電池反向保護設計,，并集成了用于驅(qū)動高側(cè)外部 MOSFET 的升壓穩(wěn)壓器，從而使正常運行期間的 IQ 為27?A,。如需了解更多信息,，請參閱應用手冊“理想二極管基礎知識”。
圖 3：使用不帶外部使能控制的常開低 IQ 理想二極管控制器實現(xiàn)電池反向保護
這些理想二極管控制器支持具有有源整流的電池反向保護,，以及采用背對背 FET 拓撲的負載斷開 FET 控制,，以在系統(tǒng)故障（例如過壓事件）期間保護下游，如圖 4 所示,。
圖 4：使用 LM74720-Q1 的 24V 汽車 ECU 中的電池反向保護
借助可調(diào)節(jié)過壓保護功能,，您可以使用 50V 額定下游濾波電容器（而非 80V 至 100V 額定電容器）和 40V 額定直流/直流轉(zhuǎn)換器（而非 65V 額定轉(zhuǎn)換器）進行基于 24V 汽車電池輸入的系統(tǒng)設計。
LM74720-Q1 和 LM74721-Q1 提供0.45?s反向電流的快速響應比較器和1.9?s正向電流的快速響應比較器,，以及強大的 30mA 升壓穩(wěn)壓器,，以在高達 100kHz 頻率的汽車交流疊加測試中支持和實現(xiàn)靈活而高效的有源整流。LM74722-Q1 的整流速度比 LM74720-Q1 和 LM74721-Q1 器件快兩倍,，正向比較器響應電流為 0.8?s,，可實現(xiàn)高達 200KHz 的有源整流頻率。LM74721-Q1 具有集成漏源電壓 （VDS） 鉗位,，可實現(xiàn)無瞬態(tài)電壓抑制器 （TVS） 的電池反向保護設計,，從而使系統(tǒng)解決方案更加緊湊。如需詳細了解有源整流,，請閱讀我們的應用報告“有源整流及其在汽車 ECU 設計中的優(yōu)勢”,。
結(jié)語
借助 LM74720-Q1、LM74721-Q1 和 LM74722-Q1 低 IQ 常開理想二極管控制器,，您能夠設計汽車電池反向保護系統(tǒng),，而無需外部使能控制。這些理想二極管控制器具有低 IQ,、背對背 FET 驅(qū)動能力和過壓保護特性,，因此在設計中可以使用具有較低額定電壓的電容器等下游組件，并且可以為空間受限的 ECU 減小印刷電路板的尺寸,。
