创新IC助汽车远离车祸

各节电池的性能，这些电池可以向汽车的牵引发动机提供数百伏的电压(图3)。

车载电池组是相对较新的产品，但仍存出一个老问题，不过最近该问题获得了一对新的解决方案，凌力尔特公司首席技术官Robert Dobkin透露。这些新的IC能够利用一种尺寸非常小的器件解决较大的电源总线瞬态干扰问题。

自从半导体时代开启以来，汽车制造商就不得不穷于应付电压峰值问题。由于汽车增加了燃油喷射控制、安全气囊、卫星无线设备、GPS、ABS和牵引力控制等功能，因此这方面的问题有增无减。由于自动电子器件已经基本上掌控了车道控制、躲避行人和相对位置保持功能，那么当汽车在高速公路上飞驰时，保持干净的电源总线比以往任何时候都要迫切。

预防可能是最好的处理方式，但这更多的只是一种愿望，不一定能够实现。但不可避免的是，当电源在长的电缆上流过时，只要有负载跃变就会产生瞬态干扰。在长线缆上发生的瞬时负向电流变化将导致正向电压峰值。最可怕的事情是与被腐蚀的电池端子相关的“抛负载”。

众所周知，抛负载会产生高达125V的浪涌电压，并且这个电压将保持数百毫秒。汽车工程师协会(SAE)对于抛负载的特征描述包括：5ms的5mA上升时间，以及带有200ms时间常数的呈指数衰减下降时间。

从历史上看，工程师曾采用电容、瞬态电压抑制(TVS)二极管甚至熔丝来解决这个问题。但随着汽车内电子器件密度的提高，留给安装保护器件等分立元件的空间越来越小。

凌力尔特公司早已推出一款用于解决过压问题的有源器件。但正如Dobkin和他的高级设计人员在汽车制造商处与电源工程师的对话中讲到的那样，事情明摆着需要更好的器件。2007年，该公司发布了LT4356浪涌抑制器，工作电压范围从4V至80V，可以有效阻止输入引脚上出现的高达-60V的反向瞬态电压。

所有LT43xx系列器件都是针对汽车应用开发的线性稳压器，主要用来馈送像DC-DC转换器这样的外部器件。它们将能浪涌电压钳位到由外部分压电阻设定的值，同时保持不受浪涌电流的影响。凌力尔特最早的LT4356可以抑制超过100V的浪涌电压。它的关键点在于电流感测电阻的放置：位于外部旁路晶体管的上游(图4a)。如果器件要求阻止超过100V的瞬态电压，那就必须关闭过流保护功能。

图4：凌力尔特公司最早的LT4356(a)浪涌抑制器及后续产品LT4363(b)，可以将浪涌电压钳位到由外部分压电阻设定的值，同时自身不受浪涌的影响。LT4363将电流检测功能放置在旁路晶体管之后。

凌力尔特公司在两种新产品中实现了解决方案：带过流保护功能的LT4363高压浪涌抑制器以及LTC4366高压浮动浪涌抑制器。

对于熟悉LT4356的设计人员来说，LT4363只是简单地将过流感测功能移到了旁路FET的下游，不仅支持过流保护，同时还能承受大的瞬态电压(图4b)。但与LT4356一样，它的绝对最大额定值是100V。因此，它的输入端必须使用电阻和TVS二极管以阻止超过100V的瞬态高压。

LT4366更加令人感兴趣(图5)。它表明了在Dobkin这样的工程师重新考虑过去的思路时会发生什么。“如果我们允许器件采用浮动拓扑会怎么样？”Dobkin问自己。很显然，浮动器件可以用于连续工作在电压超过100V、要求防止甚至超过200V瞬态电压的系统中。

图5：凌力尔特的LT4366高压浮动型浪涌抑制器可实现与任何高压浪涌的隔离(a)。LT4366有三种工作模式(b)。在启动模式，经过RIN的涓流用于提供偏置，并通过给栅极充电启动电荷泵。随后电荷泵保持栅极电压高出源极电压12V。在调整模式中，上端反馈电阻上的压降保持在1.23V基准值。

在一个典型应用中，外部降压电阻允许该器件电压随电源上浮，从而隔离任何高压浪涌。这样，工作电压的上限仅取决于必需的大电阻以及可以处理稳压期间功耗的MOSFET。因为LTC4366不接地，因此与非浮动器件相比，它可以借助一些额外的功能处理高得多的瞬态电压。

LTC4366工作在三种不同模式：启动、运行、调整。

在启动模式，有15μA的涓流流经RIN。其中一半电流给栅极充电，另一半用于偏置电流。随着GATE引脚的不断充电，外部MOSFET将提升OUT引脚的电压，直到器件进入运行模式。这时，输出已经足够高到启动电荷泵。随后电荷泵就能用来满充栅极，使之比源极电压高出12V。 当LTC4366处于调整模式时，为保护负载免受输入电源过压的影响，过压调整放大器通过1.23V的电压基准将输出作为参考点。如果上面的反馈电阻上的压降超过1.23V，调整放大器就会下拉栅极将压降调回到1.23V。

为何凌力尔特公司要开发两款新器件？看起来似乎LTC4366是LT4356最合适的伙伴。但使用LTC4366也有不利的一面，即冷车启动，对于传统汽车