熱插拔控制器在汽車電路中的應用

朱玉鳳，齊 晗

（浙江中科正方電子技術有限公司,沈陽 110168）

隨著汽車電子技術的迅猛發展，越來越多的電子設備被應用到汽車上。當對其他電子設備進行帶電插拔時，DC/DC電源設計中的輸入電容提供了一個初始的低阻抗回路，會產生巨大的浪涌電流。巨大的浪涌電流有可能損壞接插件、導線及模塊的輸入電容，甚至會造成蓄電池電壓的瞬間跌落，使系統中其他的設備復位而不能正常工作。因此，在電子模塊設計一種合適的且電磁兼容性（EMC）好的熱插拔保護電路就顯得尤為重要[1-2]。本文以美國國家半導體公司推出的熱插拔控制器LM5060Q1MM為例，介紹熱插拔控制器在汽車電子模塊中的應用。

1 LM5060Q1MM的主要功能

1）實現故障設備和系統的隔離，并能提供相應的故障指示。如果設備故障自動消失（例如設備被短路后又恢復正常），熱插拔控制器可以重新使能設備。

2）內部集成驅動N-channel MOSFET的電荷泵，控制外接MOSFET的開或關。

3）具有電壓監視功能。如果電源電壓出現異常，控制器的GATE腳輸出低電平，從而關閉OUT腳的電壓輸出，實現設備的安全隔離。

4）可編程實現欠壓和過壓保護[3]。

5）過流保護（負載短路保護）。當流過MOSFET的電流超過電路的設定值時，控制器的GATE腳輸出低電平，從而關閉OUT腳的電壓輸出。

6）上電延時啟動功能。啟動時間可由Timer腳所接電容進行編程，有效避免熱插拔時的抖動。

7）5.5～65 V寬電壓輸入，保證模塊在冷車發動和負載突降的情況下仍正常工作[4]。

8）汽車級認證：AECQ-100。

LM5060Q1MM管腳信息見表1。

2 典型應用

以24 VDC供電為例，其在電源保護電路中的連接如圖1所示。

表1 LM5060Q1MM管腳信息

芯片內部集成驅動外接N導電溝道MOSFET的柵極驅動電路和所需的電荷泵，通過控制外接MOSFET柵極電壓來控制初始化時流入負載的電流大小[5]，限制浪涌電流。電流限制可以通過采樣電阻Rs的大小進行編程控制。UVLO和OVLO腳可以實現欠壓、過壓保護。故障延遲時間可由Timer腳所接電容進行編程控制。當熱插拔完成，輸出電壓VOUT穩定后PowerGood信號使能。

主要元器件的選擇如下：

1）MOSFET（Q1）的選擇。IDSMAX：IDSMAX=C4×d V/d t[6]C4為負載電容；d V為最高輸入電壓65 V；d t為電流脈沖最大持續時間。如C4=470μF，d t=8 ms，則IDSMAX=470×65/8000=3.8 A。VDSMAX：取電源最大輸入電壓65 V。PDMAX功率限制：PDMAX=VDS×IDS=65 V×3.8 A=247 W。這三個條件同時滿足，MOSFET工作在SOA范圍內，三極管不會被損壞。電路中選取IRF8010，它的具體參數為

2）CTIMER（C2）的選擇。芯片延時啟動時間tFaultDelay=VTIMERH× CTIMER/ITIMERH。當 CTIMER=68 nF 時，tFaultDelay=2 V×68 nF/11μA=12 ms。

3）分壓電阻的選擇及電源輸入范圍的計算：

考慮分壓電阻的電流損耗及噪聲靈敏度，推薦R2、R3、R4、R5 的取值范圍為 10～200 K。

應用電路中：取OVPTH=2V，UVLOTH=1.6V，UVLOBIAS=5.5μA。

R2=150 K，R3=10 K，R4=62 K，R 5=15 K

VBattery-min=8.55 V，VBattery-max=32 V

3 結束語

該電路已成功應用于一款為柴油發動機開發的ECU控制器中，并通過重慶市電磁兼容技術中心檢測，性價比很高，具有很大的應用價值。在電路設計時，還應注意其電磁兼容性（EMC）[9]，對于各種電子控制器，要特別注意其抗電磁干擾能力的設計[10]。

[1]劉鵬程，邱揚.電磁兼容原理與技術[M].北京：高等教育出版社，1993.

[2]Vicor公司.熱插拔功能消除停機時間(05-100)[J/OL].電子產品世界，（2009-02-20）[2011-11-22].

[3]康華光.電子技術基礎：數字部分（第3版）[M].北京：高等教育出版社，1988.

[4]JeffGruetter.汽車電源集成電路的新應用與新挑戰[J/OL].電子產品世界，（2008-04-14）[2011-11-22].

[5]康華光.電子技術基礎：模擬部分（第3版）[M].北京：高等教育出版社，1988.

[6]葉慧貞，楊興洲.新穎開關穩壓電源[M].北京：國防工業出版社，1999.

[7]IRF8010.Internatinal IR Rectifier,Data Sheet[EB/OL].(2008-02-23)[2011-11-22].

[8]LM5060 High-side Protection Controller with Low Quiescent Current.National Semiconductor,Sept.22,2010.Data Sheet[EB/OL].[2011-11-22]

[9]付曉江，胡海鷗，張春艷，等.電路的電磁兼容設計[J].光電對抗與無源干擾，2002，（4）

[10]金松濤，丁良旭，劉青松.汽車電磁兼容問題研究的重要性[J].客車技術與研究，2011，（5）：1-5.