車輛中電子電路數量不斷增加，使得需要消耗的電池電量也隨之大幅增長。為(wei) 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，電池也要持續供電。

由於(yu) 所有車輛都使用有限的電池供電，因此必須找到一種方法，一方麵能增加更多功能（尤其是在設計汽車前端電源係統時），同時又不會(hui) 顯著增加耗電量。是否需要符合嚴(yan) 格的電磁兼容性 (EMC) 標準（例如，國際標準化組織的 ISO7637 和德國汽車製造商製定的LV 124標準），直接影響前端電池反向保護係統的整體(ti) 設計。一些原始設備製造商將車輛處於(yu) 停車狀態時的總電流消耗規定為(wei) ：在 12V 電池供電係統中每個(ge) 電子控製單元 (ECU) 低於(yu) 100µA，在 24V 電池供電係統中低於(yu) 500µA。 

在本文中，我將介紹設計低靜態電流 (IQ) 汽車電池反向保護係統的三種方法。

使用 T15 作為(wei) 點火或喚醒信號

設計低 IQ 電池反向保護係統的第一種方法是使用T15 作為(wei) 點火或喚醒信號。T15 是一個(ge) 接線端子，當車輛點火開關(guan) 關(guan) 閉時，它會(hui) 與(yu) 電池斷開連接。使用 T15 作為(wei) 外部喚醒信號是一種在睡眠或活動模式下運行 ECU 的傳(chuan) 統方法。圖 1 為(wei) 一個(ge) 示例。

圖 1：使用 T15 作為(wei) 喚醒信號的汽車 ECU 中的電池反向保護

當點火開關(guan) 打開時，T15 會(hui) 連接到電池電壓 (VBATT) 電位，從(cong) 而使理想二極管的使能引腳處於(yu) 邏輯高電平。處於(yu) 有源模式下的理想二極管控製器，在啟用電荷泵、控製和場效應晶體(ti) 管 (FET) 驅動器電路的同時，主動控製外部 FET 以實現理想二極管運行。當車輛停車時，T15 降至 0V，理想二極管控製器利用關(guan) 斷狀態做出響應，這會(hui) 導致電荷泵和控製塊關(guan) 閉，從(cong) 而使 IQ 消耗低於(yu) 3µA。在這種工作模式下，外部 FET 關(guan) 閉，FET 的體(ti) 二極管形成正向傳(chuan) 導路徑，為(wei) 負載供電。該方案需要額外向 ECU 接線。

使用係統的 MCU 和 CAN 喚醒信號

第二種方法是使用係統的微控製器 (MCU) 和控製器局域網 (CAN) 喚醒。在很多情況下，係統的通信通道使低 IQ 關(guan) 斷模式成為(wei) 可能。圖 2 為(wei) 使用這種方法的示例係統設計。

圖 2：使用 MCU 和 CAN 喚醒信號實現使能控製的低 IQ 電池反向保護

車輛中的 CAN 收發器將消息從(cong) 通信總線轉換到各自的控製器（通常是 MCU）。收發器可以通過發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(guan) 功能。此時中繼消息指示控製器會(hui) 傳(chuan) 遞將係統置於(yu) 低功耗狀態的指令，其實現方式是使理想二極管控製器的使能信號處於(yu) 邏輯低電平。借助更先進的收發器和係統基礎芯片，一個(ge) 器件可以處理此過程的多種功能，並過渡到低功耗狀態或進行喚醒。

該方案需要來自 MCU 的內(nei) 部控製信號（通過 CAN 控製）。

使用常開理想二極管控製器

第三種方法是使用常開理想二極管控製器。大家可以想象一下這個(ge) 不需要控製信號即可進入低功耗狀態的係統設計。在這種設計中，無需額外進行接線也無需依賴係統軟件，即可使理想二極管控製器始終處於(yu) 啟用狀態，即使在睡眠模式下也是如此。這種類型的係統設計可以使用低 IQ 理想二極管控製器來實現，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製塊，用於(yu) 符合 EMC 標準的電池反向保護設計，並集成了用於(yu) 驅動高側(ce) 外部 MOSFET 的升壓穩壓器，從(cong) 而使正常運行期間的 IQ 為(wei) 27µA。如需了解更多信息，請參閱應用手冊(ce) “理想二極管基礎知識”。

圖 3：使用不帶外部使能控製的常開低 IQ 理想二極管控製器實現電池反向保護

這些理想二極管控製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 控製，以在係統故障（例如過壓事件）期間保護下遊，如圖 4 所示。

圖 4：使用 LM74720-Q1 的 24V 汽車 ECU 中的電池反向保護

借助可調節過壓保護功能，您可以使用 50V 額定下遊濾波電容器（而非 80V 至 100V 額定電容器）和 40V 額定直流/直流轉換器（而非 65V 額定轉換器）進行基於(yu) 24V 汽車電池輸入的係統設計。

LM74720-Q1 和 LM74721-Q1 提供0.45µs反向電流的快速響應比較器和1.9µs正向電流的快速響應比較器，以及強大的 30mA 升壓穩壓器，以在高達 100kHz 頻率的汽車交流疊加測試中支持和實現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(liang) 倍，正向比較器響應電流為(wei) 0.8µs，可實現高達 200KHz 的有源整流頻率。LM74721-Q1 具有集成漏源電壓 (VDS) 鉗位，可實現無瞬態電壓抑製器 (TVS) 的電池反向保護設計，從(cong) 而使係統解決(jue) 方案更加緊湊。如需詳細了解有源整流，請閱讀我們(men) 的應用報告“有源整流及其在汽車 ECU 設計中的優(you) 勢”。 

結語

借助 LM74720-Q1、LM74721-Q1 和 LM74722-Q1 低 IQ 常開理想二極管控製器，您能夠設計汽車電池反向保護係統，而無需外部使能控製。這些理想二極管控製器具有低 IQ、背對背 FET 驅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遊組件，並且可以為(wei) 空間受限的 ECU 減小印刷電路板的尺寸。

（來源：德州儀(yi) 器）