Автомобильные электронные схемы должны быть защищены от отрицательного напряжения на входных клеммах. Это может происходить во время обслуживания или при запуске автомобиля, когда кабели аккумуляторной батареи подключены неправильно. Обратная полярность напряжения может вызвать прохождение отрицательного тока через электронные схемы, и короткого промежутка времени в этом состоянии достаточно, чтобы вызвать необратимое повреждение датчиков, контроллеров и других чувствительных кремниевых компонентов. Помня об этом, разработчики оборудования должны принять соответствующие меры, чтобы сохранить автомобильные электронные блоки управления (ЭБУ) невредимыми в случае возникновения обратной полярности. В этом документе описаны три различные топологии схем защиты от обратной полярности.
1. Диод в цепи питания
Самый простой способ заблокировать прохождение отрицательного тока - это
установить диод, включенный последовательно с батареей. Пока разность
напряжений между анодом и катодом диода положительна и превышает
указанное прямое напряжение (рис. 1), диод смещен в прямом направлении, и
ток течет в цепь нагрузки. Как только полюса батареи меняются местами (рис.
2), диод смещается в обратном направлении, и прохождение отрицательного
тока блокируется.
При выборе диода для защиты от обратной полярности разработчики должны
учитывать несколько критериев:
• VF: прямое падение напряжения на диоде при прямом смещении. Типичные
значения для стандартных выпрямительных диодов находятся в диапазоне
0,7–1,1 В. Чтобы уменьшить рассеиваемую мощность (VF∙I) во время
работы, разработчики могут использовать диод Шоттки, который предлагает
VF ниже 0,5 В. Кроме того, низкий VF обеспечит больший запас мощности
для нисходящей цепи при холодном запуске, когда напряжение на разъемах
питания ЭБУ может упасть до 4 В или ниже.
• IFAV: максимально допустимое среднее значение выпрямленного тока - это
максимальный ток, для проведения которого предназначен диод в состоянии
прямого смещения. IFAV должен быть выше, чем максимальный ток
нагрузки нижерасположенной цепи. Из соображений терморегулирования
и увеличения срока службы необходимо учитывать достаточный запас
прочности.
• VDC: Напряжение блокировки постоянного тока - это напряжение, для
блокировки которого предназначен диод. VDC будет подаваться от катода
диода к аноду во время возникновения обратной полярности. По этой
причине VDC должно быть выше, чем максимальное напряжение батареи,
ожидаемое при обратной полярности. Корпус
• Корпус: большинство автомобильных блоков управления производится с
компонентами поверхностного монтажа (SMD). Diotec предлагает широкий
спектр стандартных выпрямителей и выпрямителей Шоттки в корпусах
SMD. При выборе корпуса конструкторы должны учитывать размер платы
и тепловые характеристики корпуса. Параметры RthA/RthT (тепловое
сопротивление переход-окружающая среда / переход-клемма) в Datasheet
помогут рассчитать повышение температуры в диоде на основе прямого
напряжения и тока нагрузки.