主题中讨论的其他器件： LM5180-Q1、 LM5180
作者：Jiri Panacek、系统工程和营销、德国弗莱辛
我的48V 汽车系统设计如何通过 E48-02瞬态过压测试来满足 VDA 320？
当今的48V 汽车系统(如轻混合动力电动汽车(MHEV)中使用的系统)通常必须符合 VDA 320 (LV 148)测试规范。 此规范是最近发布的 ISO 21780：2020标准的基础。 NORM 规定了连接到48V 网络的负载的各种测试条件。
E48-02瞬态过压测试提出了一个有趣的挑战；48V 电压轨上的电压必须在40ms 内保持在70V (某些 OEM 甚至需要100ms)。 在执行所有功能时、被测器件(DUT)必须能够在功能状态为 A 的情况下承受此事件。 此外、VDA 320还规定了长期过压测试、该测试要求48V 电压轨保持60V 电压60分钟。 与12V 汽车电池系统不同、48V 电池系统中没有规定的负载突降要求(与交流发电机的电感行为有关)。
连接到48V 电源轨的 IC 必须始终承受70V 电压
使用瞬态电压抑制器(TVS)或齐纳二极管钳制电压轨对于较高的负载而言不切实际、或者由于功耗过大而无法钳制。 简单地说、直接连接到48V 电源轨的电源转换器在所有条件下都必须承受70V 的电压。
集成电路(IC)使用针对目标应用进行优化的各种技术工艺。 由于制造过程更加昂贵、因此增大输入电压范围通常会导致更高的成本。 我们是否确实需要48V 系统的额定电压为85V 或100V 的设计？
LM5180-Q1 和 LM5181-Q1器 件并非始终是初级侧稳压(PSR)反激式转换器、其输入电压范围为4.5V 至65V、绝对最大输入电压额定值为70V。该控制方案直接从初级侧对输出电压进行采样。 这样就无需使用光耦合器或变压器绕组来提供输出电压反馈。 LM5180-Q1和 LM5181-Q1的特性和易于实现、使得这些转换器成为48V 汽车系统的理想选择。 但是、输入电压范围不能满足瞬态过压测试方案。 是否有简单的解决方案？
是的、您可以使用 LM5180-Q1和 LM5181-Q1通过瞬态过压测试。
此设计提示提供了一个简单的分立式线性稳压器(LDO)、该稳压器可传递低于约63V 的所有电压、但可作为高于该阈值的电压的压降稳压器。
图1中使用 LM5180-Q1的电路相对于输入电压运行在三个阶段：
启动阶段–48V 电源轨的电流流经电阻器 R1到达晶体管 Q1的基极。 Q1开始导通、而48V 电压轨的电流为输入电容器充电。 当输入电容器上的电压超过欠压锁定(UVLO)上升阈值且 LM5180-Q1开始开关时、该阶段结束。
直通阶段–LM5180-Q1正常开关。 二极管 D1对开关节点(SW)的脉动电压进行整流、并对电容器 C1进行充电。 C1上的电压对应于反射电压、该电压由二极管 D1两端的压降所降低。 电容器 C1上的电压以晶体管 Q1的发射极为基准为正。 电阻器 R2进一步偏置晶体管 Q1的基极、双极晶体管进入饱和状态。 集电极-发射极压降 VCE 为 VCE (SAT)、晶体管 Q1作为开关运行。
前置稳压器相位–当输入电压超过齐纳电压 VZ 时、齐纳二极管 ZD 开始灌入电流。 预稳压器输出端的电压限制为基极-发射极压降引起的齐纳电压。
图1：用于保护 LM5180-Q1 PSR 反激式转换器(包括开关节点)的前置稳压器电路。
此外、可以修改电路以用于其他类型的转换器。 任何类型的开关都可以改用于简单的电荷泵、该电荷泵向晶体管 Q1的基极提供足够的电流。
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由于齐纳二极管 ZD 的温漂和基极发射极电压、图1中的电路降低了热稳定性。
有关使用-431并联稳压 器设计此电路并提高其热稳定性的完整指导，请参阅应用报告《扩展 VDA 320的 LM5180-Q1 PSR 反激的输入电压范围(LV 148)》。本应用手册提供了 LM5180/1-Q1可在48V 环境中经济高效地使用的方法、并以一定的裕度满足已发布的规范。
