車輛中電子電路數(shù)量的增加對(duì)電池消耗的電量提出了更高的要求。即使在汽車停放或關(guān)閉時(shí)，電池電源仍會(huì)保持開啟，以支持遠(yuǎn)程鑰匙進(jìn)入和安全等功能。

由于所有車輛都使用有限的電池供電，因此重要的是找到一種方法來增加更多功能——尤其是在設(shè)計(jì)汽車前端電源系統(tǒng)時(shí)——而不會(huì)顯著增加電池消耗。是否需要符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織的 ISO7637 和德國(guó)汽車制造商制定的 LV 124 標(biāo)準(zhǔn)等嚴(yán)格的電磁兼容性 (EMC) 標(biāo)準(zhǔn)，直接影響前端電池反向保護(hù)系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)。一些原始設(shè)備制造商將車輛處于停車狀態(tài)時(shí)的總電流消耗指定為在 12 V 電池供電系統(tǒng)中每個(gè)電子控制單元 (ECU) <100 μA，在 24 V 電池供電系統(tǒng)中 <500 μA。 

在本文中，我將回顧設(shè)計(jì)低靜態(tài)電流 ( IQ ) 汽車反向電池保護(hù)系統(tǒng)的三種方法。

使用 T15 作為點(diǎn)火或喚醒信號(hào)

設(shè)計(jì)低 I Q反向電池保護(hù)系統(tǒng)的第一種方法是使用端子 15 (T15) 作為點(diǎn)火或喚醒信號(hào)。T15 是一個(gè)接線端子，當(dāng)車輛點(diǎn)火開關(guān)關(guān)閉時(shí)，它會(huì)與電池?cái)嚅_連接。使用 T15 作為外部喚醒信號(hào)是在睡眠或活動(dòng)模式下運(yùn)行 ECU 的最傳統(tǒng)方法之一。圖 1 顯示了一個(gè)示例。

圖 1：使用 T15 進(jìn)行喚醒的汽車 ECU 中的反向電池保護(hù)

當(dāng)點(diǎn)火開關(guān)打開時(shí)，T15 連接到電池電壓 (V BATT ) 電位，從而將理想二極管邏輯的使能 (EN) 引腳驅(qū)動(dòng)為高電平。理想二極管控制器在有源模式下，在啟用電荷泵、控制和場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (FET) 驅(qū)動(dòng)器電路的同時(shí)，有源控制外部 FET 以實(shí)現(xiàn)理想二極管的運(yùn)行。當(dāng)車輛停放時(shí)，T15 降至 0 V，理想二極管控制器通過進(jìn)入關(guān)斷狀態(tài)做出響應(yīng)，這會(huì)關(guān)閉電荷泵和控制塊，從而導(dǎo)致IQ消耗 < 3 μA。在這種工作模式下，外部 FET 關(guān)閉，F(xiàn)ET 的體二極管形成正向傳導(dǎo)路徑，為負(fù)載供電。該方案需要額外的連接到 ECU 的接線。

使用系統(tǒng)的MCU和CAN喚醒信號(hào)

第二種方法是使用系統(tǒng)的微控制器 (MCU) 和控制器局域網(wǎng)( CAN) 喚醒。在許多情況下，系統(tǒng)的通信通道使低 I Q 關(guān)斷模式成為可能。圖 2 顯示了使用這種方法的示例系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

圖 2：使用 MCU 和 CAN 喚醒信號(hào)進(jìn)行使能控制的低 I Q反向電池保護(hù)

車輛中的 CAN 收發(fā)器將消息從通信總線轉(zhuǎn)換到各自的控制器——通常是 MCU。收發(fā)器可以通過發(fā)出進(jìn)入待機(jī)模式直到被喚醒的命令來指示何時(shí)不需要功能。然后，他們轉(zhuǎn)發(fā)消息，指示控制器將系統(tǒng)置于低功耗狀態(tài)——在這種情況下，通過將理想二極管控制器邏輯的 EN 信號(hào)驅(qū)動(dòng)為低電平。借助更先進(jìn)的收發(fā)器和系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片，一臺(tái)設(shè)備可以處理此過程的多種功能，過渡到低功耗狀態(tài)或喚醒。

該方案需要來自 MCU 的內(nèi)部控制信號(hào)（通過 CAN 控制）。

使用始終開啟的理想二極管控制器

第三種方法是使用始終開啟的理想二極管控制器。想象一個(gè)不需要控制信號(hào)即可進(jìn)入低功耗狀態(tài)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。這將消除對(duì)額外布線或系統(tǒng)軟件依賴性的需要，同時(shí)允許始終啟用理想的二極管控制器，即使在睡眠模式下也是如此。這種類型的系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以使用低 I Q理想二極管控制器，例如 LM74720-Q1、LM74721-Q1 或 LM74722-Q1，如圖 3 所示。這些器件集成了符合 EMC 標(biāo)準(zhǔn)的所有必要控制塊反向電池保護(hù)設(shè)計(jì)，以及用于驅(qū)動(dòng)高端外部 MOSFET 的升壓穩(wěn)壓器，從而在正常工作期間產(chǎn)生 27 μA 的 I Q。

圖 3：使用始終開啟的低 I Q理想二極管控制器，無需外部使能控制來實(shí)現(xiàn)電池反向保護(hù)

這些理想的二極管控制器通過有源整流和負(fù)載斷開 FET 控制支持反向電池保護(hù)，采用背對(duì)背 FET 拓?fù)湟栽谙到y(tǒng)故障（例如過壓事件）期間保護(hù)下游，如圖 4 所示。

圖 4：使用 LM74720-Q1 的 24V 汽車 ECU 中的反向電池保護(hù)

借助可調(diào)過壓保護(hù)功能，您可以使用 50V 額定下游濾波電容器（而不是 80 至 100V 額定電容器）和 40V 額定 DC/DC 轉(zhuǎn)換器（而不是 65V 額定轉(zhuǎn)換器）用于基于 24V 汽車電池輸入的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

LM74720-Q1 和 LM74721-Q1 提供快速反向 (0.45 μs) 和正向比較器 (1.9 μs)，以及強(qiáng)大的 30-mA 升壓穩(wěn)壓器，以支持和實(shí)現(xiàn)汽車交流疊加測(cè)試期間高達(dá) 100-千赫頻率。LM74722-Q1 的整流速度比 LM74720-Q1 和 LM74721-Q1 器件快兩倍，正向比較器響應(yīng)為 0.8 μs，可實(shí)現(xiàn)高達(dá) 200 KHz 的有源整流頻率。LM74721-Q1 具有集成的漏源電壓 (VDS) 鉗位，可實(shí)現(xiàn)無瞬態(tài)電壓抑制器 (TVS) 的反向電池保護(hù)設(shè)計(jì)，從而形成更密集的系統(tǒng)解決方案。

結(jié)論

LM74720-Q1、LM74721-Q1 和 LM74722-Q1 低 I Q始終導(dǎo)通的理想二極管控制器使您能夠設(shè)計(jì)汽車電池反向保護(hù)系統(tǒng)，而無需外部使能控制。憑借低IQ、背靠背 FET 驅(qū)動(dòng)能力和過壓保護(hù)，這些理想的二極管控制器使設(shè)計(jì)能夠使用具有較低額定電壓的電容器等下游組件，并減小空間受限 ECU 的印刷電路板尺寸.