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

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——尤其是在設計汽車前端電源系統(tǒng)時——而不會顯著增加電池消耗。是否需要符合國際標準化組織的 ISO7637 和德國汽車制造商制定的 LV 124 標準等嚴格的電磁兼容性 (EMC) 標準，直接影響前端電池反向保護系統(tǒng)的整體設計。一些原始設備制造商將車輛處于停車狀態(tài)時的總電流消耗指定為在 12 V 電池供電系統(tǒng)中每個電子控制單元 (ECU) <100 μA，在 24 V 電池供電系統(tǒng)中 <500 μA。 

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

使用 T15 作為點火或喚醒信號

設計低 I Q反向電池保護系統(tǒng)的第一種方法是使用端子 15 (T15) 作為點火或喚醒信號。T15 是一個接線端子，當車輛點火開關關閉時，它會與電池斷開連接。使用 T15 作為外部喚醒信號是在睡眠或活動模式下運行 ECU 的最傳統(tǒng)方法之一。圖 1 顯示了一個示例。

圖 1：使用 T15 進行喚醒的汽車 ECU 中的反向電池保護

當點火開關打開時，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) 引腳驅動為高電平。理想二極管控制器在有源模式下，在啟用電荷泵、控制和場效應晶體管 (FET) 驅動器電路的同時，有源控制外部 FET 以實現(xiàn)理想二極管的運行。當車輛停放時，T15 降至 0 V，理想二極管控制器通過進入關斷狀態(tài)做出響應，這會關閉電荷泵和控制塊，從而導致IQ消耗 < 3 μA。在這種工作模式下，外部 FET 關閉，F(xiàn)ET 的體二極管形成正向傳導路徑，為負載供電。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

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)設計。

圖 2：使用 MCU 和 CAN 喚醒信號進行使能控制的低 I Q反向電池保護

車輛中的 CAN 收發(fā)器將消息從通信總線轉換到各自的控制器——通常是 MCU。收發(fā)器可以通過發(fā)出進入待機模式直到被喚醒的命令來指示何時不需要功能。然后，他們轉發(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 信號驅動為低電平。借助更先進的收發(fā)器和系統(tǒng)基礎芯片，一臺設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 的內部控制信號（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。想象一個不需要控制信號即可進入低功耗狀態(tài)的系統(tǒng)設計。這將消除對額外布線或系統(tǒng)軟件依賴性的需要，同時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)設計可以使用低 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 標準的所有必要控制塊反向電池保護設計，以及用于驅動高端外部 MOSFET 的升壓穩(wěn)壓器，從而在正常工作期間產生 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現(xiàn)電池反向保護

這些理想的二極管控制器通過有源整流和負載斷開 FET 控制支持反向電池保護，采用背對背 FET 拓撲以在系統(tǒng)故障（例如過壓事件）期間保護下游，如圖 4 所示。

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

借助可調過壓保護功能，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 轉換器（而不是 65V 額定轉換器）用于基于 24V 汽車電池輸入的系統(tǒng)設計。

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

結論

LM74720-Q1、LM74721-Q1 和 LM74722-Q1 低 I Q始終導通的理想二極管控制器使您能夠設計汽車電池反向保護系統(tǒng)，而無需外部使能控制。憑借低IQ、背靠背 FET 驅動能力和過壓保護，這些理想的二極管控制器使設計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.