12V 鉛酸電池是汽車電子系統(tǒng)（如汽車駕駛艙、儀表組、音響主機和信息娛樂系統(tǒng)）的主要部件。為了維持和支持現(xiàn)代車輛的電力需求，必須監(jiān)控電池電壓。雖然汽車電池在拋負載和冷車發(fā)動條件下可以承受超過其標稱電壓的寬電壓瞬變，但可接受的工作電壓范圍會發(fā)生變化，每個汽車制造商都有自己的規(guī)范，超出了國際標準化組織的規(guī)定（ ISO) 26262 標準。在這篇技術文章中，我將介紹如何管理負載突降和冷啟動條件，以及如何使用滯后來防止錯誤的系統(tǒng)重置。
在負載突降條件下管理瞬態(tài)
汽車 12V 電池的標稱規(guī)定為在 9V 和 16V 之間運行。在稱為負載突降和冷車發(fā)動的情況下，超出此范圍的變化會增加。ISO 26262 標準是汽車電氣和電子系統(tǒng)的功能安全標準，描述了這些電壓的預期范圍。
在圖 1 所示的拋負載事件中，用字母 A 表示的交流發(fā)電機由于機械振動、端子松動或端子腐蝕而突然與電池斷開連接。該事件可能導致電池電壓瞬變高達 60 V，持續(xù)近 500 毫秒。
圖 1：拋負載和瞬態(tài)特性
汽車制造商可以實施過壓保護，將重要系統(tǒng)與拋負載事件斷開；參見圖 2。一旦瞬態(tài)電壓穩(wěn)定在正常工作范圍內(nèi)，設置跳變點將斷開電源與電子子系統(tǒng)的連接，并在固定延遲后重新連接電源。LM5060-Q1 等高端保護控制器需要禁用和啟用外部信號，這可能需要包括分立元件或微控制器的復雜設計。
TPS37A-Q1 和 TPS38A-Q1 等高壓監(jiān)控器的工作電壓高達 65V，通過直接連接到電池并承受負載突降瞬態(tài)電壓來簡化設計。TPS37A-Q1 和 TPS38A-Q1 還通過外部電容器提供可編程復位延遲，從而延遲 LM5060-Q1 的開啟，從而通過允許額外的復位幫助保護下游子系統(tǒng)免受過壓事件的影響，從而為汽車制造商提供靈活性電源電壓穩(wěn)定的延遲時間。
圖 2：過壓保護電路
有效處理冷車發(fā)動情況
在冷車發(fā)動期間，起動器吸收更多電流并將電池電壓拉低，有時低至 3 V 持續(xù) 15 毫秒。隨著制造商采用啟停等系統(tǒng)，冷啟動條件在現(xiàn)代汽車中發(fā)生的頻率更高. 啟停功能需要在消耗最少電量的同時持續(xù)監(jiān)控電池電壓，以確保下游系統(tǒng)正確初始化并且設備保持有效狀態(tài)。TPS37A-Q1 和 TPS38A-Q1 電壓監(jiān)控器非常適合冷車發(fā)動條件，因為它們的最低工作電壓為 2.7V；此外，它們 2 μA 的最大靜態(tài)電流有助于制造商最大限度地減少功率損耗。
使用滯后來防止系統(tǒng)中的錯誤復位
盡管標稱工作范圍為 9 V 至 16 V，但汽車制造商仍為汽車電池指定了自己的“超出工作電壓范圍”限制。大多數(shù)用于監(jiān)控的電壓監(jiān)控器的工作范圍都很窄（即 3 V 至 5 V）在這些限制內(nèi)，因此需要使用多個設備或分立電路來實現(xiàn)能夠正確檢測欠壓和過壓限制的監(jiān)控電路。
防止誤復位需要在上限和下限上都有滯后；尋找具有工廠可編程電壓閾值遲滯的器件，該器件可靈活地通過 VDD 引腳（或當電壓軌高于或低于 VDD 時使用專用 SENSE 引腳）監(jiān)控電壓軌。缺乏集成電路遲滯管理將需要實施分立元件以確保系統(tǒng)穩(wěn)健性，但這會增加系統(tǒng)尺寸和成本。
VDD 和 SENSE 引腳均提供遲滯以防止系統(tǒng)中的錯誤復位，在該系統(tǒng)中，受監(jiān)控的電源軌可能會隨著各種負載源的電壓變化而波動。在電源電壓響應車輛運行條件而出現(xiàn)尖峰或下降的情況下，遲滯在提供穩(wěn)定系統(tǒng)方面起著至關重要的作用。例如，當司機打開空調(diào)時，電壓可能會瞬間出現(xiàn)尖峰或下降，從而觸發(fā)錯誤復位。
結論
電壓監(jiān)控可確?，F(xiàn)代車輛中的關鍵系統(tǒng)安全運行。通過直接由電池供電并為保護電路提供必要的控制邏輯，高壓監(jiān)控器提供了許多好處，包括管理拋負載和冷車發(fā)動情況的有效方法，以及防止錯誤系統(tǒng)復位的可靠方法. 此外，它們獨立的 VDD 和 SENSE 引腳有助于解決冗余問題，以創(chuàng)建高度可靠的系統(tǒng)。
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