汽车开关稳压器具有输入瞬变电压保护功能

老爷子

当电压稳压器遭遇高于输入供电范围的瞬间高压时，工程师经常面临两难选择。这种情形经常发生在汽车应用中，交流发电机甩负荷（load dump）的高压瞬变可以产生36V~75V的电压，持续长达400ms。设计人员必须在能经受住这样大限度输入电压的稳压器或使用输入保护方案之间做出选择。本设计实例的简单电路提供了箝位来自电池的瞬间高达50V的输入电压的低成本高效率方法，以便利用20V 3MHz稳压器。用这个电路，设计师可以用相对低的费用实现小的整体占位面积，因为采用3MHz稳压器，且可以使用不必承受50V电压的低压元件。



　　输入保护器件由Q1、R1、D1、C5和D2的一半组成（图1）。上电时，N沟道MOSFET Q1的源极处于地电位，当R1将电池电压供到栅极时，Q1打开。一旦输入电压大于IC1的最小值2.74V，LM2734Z稳压器开始工作，其对D3、D4和CB组成的启动电路充电。然后，D3的约为VOUT-VFD（前向压降）的启动电压传输到Q1的栅源极。电容C5在启动二极管关闭的时间内，维持栅极驱动。

　　在正常工作条件下，例如，电池电压为8V~18V，D1不能限制Q1的传导，而且对从电池电压到LM2734Z的输入电压的低压降，栅极电压能高于输入供电电压几乎2.5V。然而，当输入电压增加到D1设置的阈值以上时，到LM2734Z稳压器的输入电压稳压至D1的齐纳电压减去Q1的阈值电压，即约20V-2V = 18V，正好低于LM2734Z 的最大绝对值24V。选择Q1需要仔细考虑稳态和热瞬时条件下的最大输入电压、栅源极电压阈值和功耗。

　　Q1为SI1470DN N沟道MOSFET，用30V + 20V(齐纳二极管D1的电压)漏源极电压(VDS)提供了50V的保护，Q1对2.5V栅源极电压有95mΩ的导通阻抗，来自高热效的SC70-6封装。对有些应用，稳压器的输出电压不足以完全打开挑选的保护MOSFET，所以可以使用独立的齐纳基准二极管提高启动电压，见参考文献1中LM2734Z的数据表。

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关于汽车开关稳压器的输入瞬变电压保护功能，该特性对于现代汽车电子系统的稳定运行至关重要。开关稳压器通过其核心设计能够保护电路免受输入电压的瞬间波动影响。这种保护机制能在电压突变时，迅速调节输出电压，保持系统稳定运行，防止电气组件受到损坏。在实际应用中，这一功能不仅能增强系统可靠性，更能延长关键零部件的使用寿命，减少维修成本，确保车辆的安全与性能。