用有源高压瞬态保护器替代传统的汽车电子无源保护器件

TVS二极管

雪崩二极管(与齐纳二极管类似，图3)是能够抑制所有超出其击穿电压的钳位器件。它们能够吸收较高的能量，保护电子电路免遭尖峰电压和抛负载的破坏。这些二极管具有快速开启、缓慢关断特性。与其它过压保护器件(如：可变电阻)相比，雪崩二极管对过压事件的响应速度更快。其性能指标不会随着使用寿命的延长以及瞬态电压作用次数的增多而降低。在其击穿电压附近，雪崩抑制二极管具有较大的漏电流。这类二极管通常表示为Transil®、TransZorb®或简称为TVS二极管。


图3. 瞬态电压抑制器特性(VBR = 击穿电压， VC = 峰值脉冲电流IP对应的钳位电压)。

可变电阻器

可变电阻是与电压相关的电阻(VDR)。相应的，该非线性电阻在高于某个特定电压后阻值会迅速降低(图4)。在钳位正向和负向电压时，其功能类似于背靠背的齐纳二极管。能够以很小的封装尺寸和较低的成本承受相对较高的电流和能量，但当电压接近钳位电压时，漏电流较大。钳位电压也会随电流的增加而明显提高。可变电阻器在重复受到浪涌冲击时性能会受到一定影响，通常也具有更高的“钳位电压”，与TVS二极管相比，这些因素会明显降低其响应速度。


图4. 典型的可变电阻器特性(VC = 峰值脉冲电流IP对应的钳位电压)

分立式保护电路

一种简单且性价比较高的保护电路是将负载与钳位电路(如TVS二级管)并联，在电容之前加一个保险丝(图5)。该电路可使ECU在出现高于TVS二极管(D1)击穿电压的瞬态过压以及抛负载条件下为系统提供保护。当出现负的瞬态电压或稳定的反向电压时，TVS正向导通，从而将负向电压钳位在其导通电压(例如-1V)，为后续电路提供保护。对于能量较低的负瞬态电压，例如：继电器或螺线管开关引入的过压，可以通过电容(ClowE)滤除。如果持续保持正向或反向过压状况，保险丝将熔断。


图5. 利用滤波电容、瞬态抑制二极管和保险丝构成的简单过压保护电路

为了避免在难以接近的ECU部位更换保险丝，或保证ECU的连续运转，必须采取其它技术，如额外的串联保护。图6电路可使ECU免遭电池反接以及瞬态负压(D2)、高于TVS二极管(D1)击穿电压的正向过压脉冲(抛负载和低能量瞬态电压)的冲击。所选二极管D2的反向峰值电压必须大于可能出现的负脉冲最大值。


图6. 用二极管取代图5中的保险丝，该电路不但提供过压保护并且提供负向瞬态电压保护和电池反接保护。