汽車總線對(duì)HID安定器的防反接保護(hù)及熱插拔電路的設(shè)計(jì)

通常情況下直流電源輸入防反接保護(hù)電路是利用二極管的單向?qū)щ娦詠韺?shí)現(xiàn)防反接保護(hù)。如下圖1示：

圖1. 二極管型防反接保護(hù)電路

這種接法簡(jiǎn)單可靠，但當(dāng)輸入大電流的情況下功耗影響是非常大的。以汽車HID安定器為例，安定器的輸入電流額定值達(dá)到8A,如選用Onsemi的快速恢復(fù)二極管 MUR3020PT，額定管壓降為1V，那么功耗至少也要達(dá)到：Pd＝8A×1V＝8W，這樣會(huì)對(duì)安定器的效率和散熱有很大影響，沒有實(shí)際意義。

實(shí)際應(yīng)用中二極管防反接電路一般采用圖2的接法，這種防反接電路的優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，成本較低，無損耗，但電源反接后二極管導(dǎo)通會(huì)燒保險(xiǎn)，反接后需要跟換保險(xiǎn)管，通常在車載電臺(tái)電路中有采用，前提是設(shè)備中一定要配有熔斷器。

圖2.二極管型防反接保護(hù)電路應(yīng)用（二）MOS管型防反接保護(hù)電路

因此本安定器是利用了MOS管的開關(guān)特性，控制電路的導(dǎo)通和斷開來設(shè)計(jì)防反接保護(hù)電路，由于功率MOS管的內(nèi)阻很小，現(xiàn)在HOMSEMI MOSFET Rds（on）已經(jīng)能夠做到毫歐級(jí)，解決了現(xiàn)有采用二極管電源防反接方案存在的壓降和功耗過大的問題。具體電路如圖3示。

圖3. MOS管型防反接保護(hù)電路

MOS管通過S管腳和D管腳串接于電源和負(fù)載之間，電阻Rg為MOS管提供電壓偏置，利用MOS管的開關(guān)特性控制電路的導(dǎo)通和斷開，從而防止電源反接給負(fù)載帶來?yè)p壞。實(shí)際使用HOMSEMI 的HS50N06功率MOS管的Rds（on）只有20mΩ實(shí)際損耗很小，根本不用外加散熱片。解決了現(xiàn)有采用二極管電源防反接方案存在的壓降和功耗過大的問題。

圖4.MOS管型防反接保護(hù)電路在HID氙燈電源（通常叫安定器）中的實(shí)際應(yīng)用

MOS管的G管腳通過Rg2接MOS管的D管腳，并通過Rg1接電源端。兩個(gè)電阻為MOS管提供電壓偏置可以起到分壓，使到達(dá)柵極電壓降低，到達(dá)安全電壓。增加輸入回路軛流電感L和EMC吸收電容是防止從變壓器返回的紋波電流過大，干擾防反接管HS50N06的工作狀態(tài)和汽車總線的干擾。我們通過反復(fù)試驗(yàn)證明，Rg2下拉電阻比較重要。正常工作時(shí)，開關(guān)管DC/DC的紋波達(dá)到30-50V左右。如果Q1柵極有下拉電阻，可以起到分壓，使到達(dá)柵極電壓降低，到達(dá)安全電壓。

本文主要針對(duì)汽車總線對(duì)HID安定器的直流供電部分進(jìn)行防反接保護(hù)及熱插拔電路的設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)既滿足了電源系統(tǒng)可靠性和可維護(hù)性等方面的要求，同時(shí)成本也很低。本文所設(shè)計(jì)的電路已經(jīng)在本公司實(shí)際系統(tǒng)中大量使用，其實(shí)用性和穩(wěn)定性已經(jīng)通過系統(tǒng)驗(yàn)證。

在汽車上，往往一條線束包裹著十幾支甚至幾十支電線，密密麻麻令人難以分清它們的走向，加上電是看不見摸不著，因此汽車電路對(duì)于許多人來說，是很復(fù)雜的東西。這樣，在電路上電或帶電插拔安定器時(shí)，一般會(huì)產(chǎn)生很大的啟動(dòng)電流和電壓波動(dòng)，這些現(xiàn)象將影響設(shè)備的正常工作，甚至導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的損害。同樣當(dāng)12(24)V直流輸入電源異常而發(fā)生正負(fù)反接的情況，為防止安定器損壞，通常要求安定器帶有防反接保護(hù)電路。