设计低静态电流 (Iq) 汽车反向电池保护系统的 3 种方法

车辆中电子电路数量的增加对电池消耗的电量提出了更高的要求。即使在汽车停放或关闭时，电池电源仍会保持开启，以支持远程钥匙进入和安全等功能。

由于所有车辆都使用有限的电池供电，因此重要的是找到一种方法来增加更多功能——尤其是在设计汽车前端电源系统时——而不会显着增加电池消耗。是否需要符合国际标准化组织的 ISO7637 和德国汽车制造商制定的 LV 124 标准等严格的电磁兼容性 (EMC) 标准，直接影响前端电池反向保护系统的整体设计。一些原始设备制造商将车辆处于停车状态时的总电流消耗指定为在 12 V 电池供电系统中每个电子控制单元 (ECU) <100 µA，在 24 V 电池供电系统中 <500 µA。 

在本文中，我将回顾设计低静态电流 ( IQ ) 汽车反向电池保护系统的三种方法。

使用 T15 作为点火或唤醒信号

设计低 I Q反向电池保护系统的第一种方法是使用端子 15 (T15) 作为点火或唤醒信号。T15 是一个接线端子，当车辆点火开关关闭时，它会与电池断开连接。使用 T15 作为外部唤醒信号是在睡眠或活动模式下运行 ECU 的最传统方法之一。图 1 显示了一个示例。

图 1：使用 T15 进行唤醒的汽车 ECU 中的反向电池保护

当点火开关打开时，T15 连接到电池电压 (V BATT ) 电位，从而将理想二极管逻辑的使能 (EN) 引脚驱动为高电平。理想二极管控制器在有源模式下，在启用电荷泵、控制和场效应晶体管 (FET) 驱动器电路的同时，有源控制外部 FET 以实现理想二极管的运行。当车辆停放时，T15 降至 0 V，理想二极管控制器通过进入关断状态做出响应，这会关闭电荷泵和控制块，从而导致IQ消耗 < 3 µA。在这种工作模式下，外部 FET 关闭，FET 的体二极管形成正向传导路径，为负载供电。该方案需要额外的连接到 ECU 的接线。

使用系统的MCU和CAN唤醒信号

第二种方法是使用系统的微控制器 (MCU) 和控制器局域网( CAN) 唤醒。在许多情况下，系统的通信通道使低 I Q 关断模式成为可能。图 2 显示了使用这种方法的示例系统设计。

图 2：使用 MCU 和 CAN 唤醒信号进行使能控制的低 I Q反向电池保护

车辆中的 CAN 收发器将消息从通信总线转换到各自的控制器——通常是 MCU。收发器可以通过发出进入待机模式直到被唤醒的命令来指示何时不需要功能。然后，他们转发消息，指示控制器将系统置于低功耗状态——在这种情况下，通过将理想二极管控制器逻辑的 EN 信号驱动为低电平。借助更先进的收发器和系统基础芯片，一台设备可以处理此过程的多种功能，过渡到低功耗状态或唤醒。

该方案需要来自 MCU 的内部控制信号（通过 CAN 控制）。

使用始终开启的理想二极管控制器

第三种方法是使用始终开启的理想二极管控制器。想象一个不需要控制信号即可进入低功耗状态的系统设计。这将消除对额外布线或系统软件依赖性的需要，同时允许始终启用理想的二极管控制器，即使在睡眠模式下也是如此。这种类型的系统设计可以使用低 I Q理想二极管控制器，例如 LM74720-Q1、LM74721-Q1 或 LM74722-Q1，如图 3 所示。这些器件集成了符合 EMC 标准的所有必要控制块反向电池保护设计，以及用于驱动高端外部 MOSFET 的升压稳压器，从而在正常工作期间产生 27 µA 的 I Q。

图 3：使用始终开启的低 I Q理想二极管控制器，无需外部使能控制来实现电池反向保护

这些理想的二极管控制器通过有源整流和负载断开 FET 控制支持反向电池保护，采用背对背 FET 拓扑以在系统故障（例如过压事件）期间保护下游，如图 4 所示。

图 4：使用 LM74720-Q1 的 24V 汽车 ECU 中的反向电池保护

借助可调过压保护功能，您可以使用 50V 额定下游滤波电容器（而不是 80 至 100V 额定电容器）和 40V 额定 DC/DC 转换器（而不是 65V 额定转换器）用于基于 24V 汽车电池输入的系统设计。

LM74720-Q1 和 LM74721-Q1 提供快速反向 (0.45 µs) 和正向比较器 (1.9 µs)，以及强大的 30-mA 升压稳压器，以支持和实现汽车交流叠加测试期间高达 100-千赫频率。LM74722-Q1 的整流速度比 LM74720-Q1 和 LM74721-Q1 器件快两倍，正向比较器响应为 0.8 µs，可实现高达 200 KHz 的有源整流频率。LM74721-Q1 具有集成的漏源电压 (VDS) 钳位，可实现无瞬态电压抑制器 (TVS) 的反向电池保护设计，从而形成更密集的系统解决方案。

结论

LM74720-Q1、LM74721-Q1 和 LM74722-Q1 低 I Q始终导通的理想二极管控制器使您能够设计汽车电池反向保护系统，而无需外部使能控制。凭借低IQ、背靠背 FET 驱动能力和过压保护，这些理想的二极管控制器使设计能够使用具有较低额定电压的电容器等下游组件，并减小空间受限 ECU 的印刷电路板尺寸.