- 汽車電子對電源的要求
- 車內(nèi)電源的保護(hù)措施
- 汽車電源的自診斷功能
- 復(fù)雜的電流檢測放大器、運(yùn)算放大器
- 自動負(fù)載調(diào)節(jié)性能
汽車信息娛樂系統(tǒng)(見圖1)時代的到來標(biāo)志著汽車采用簡單車載收音機(jī)(如圖2中Mercedes汽車所配備的儀表板)的日子一去不復(fù)返了。歷史悠久的AM/FM收音機(jī)在信息娛樂控制板上仍然保有一席之地，但它與數(shù)字音頻廣播(DAB)、數(shù)字和高清晰度電視(HDTV)、衛(wèi)星無線電、集成蜂窩電話、CD/DVD/MP3播放器、全球定位系統(tǒng)(GPS)導(dǎo)航及視頻游戲系統(tǒng)組合在一起。
圖1新式的汽車儀表板
是有源天線系統(tǒng)在汽車儀表板的背后對這種信息資源提供了支持。隨著汽車信息娛樂中心復(fù)雜性的攀升，用于將音樂和數(shù)據(jù)饋入信息娛樂中心所需的有源天線數(shù)量有所增加。一部汽車平均擁有3?5個有源天線系統(tǒng)的情況比比皆是，它們用于組合型AM、FM、DAB、HDTV、衛(wèi)星廣播、交通警示、蜂窩電話、WiMAX和GPS裝置——有時，為了改善接收質(zhì)量，每個頻段會采用多個天線。這些有源天線系統(tǒng)中的敏感電路需要具備針對嚴(yán)酷汽車環(huán)境的保護(hù)和隔離能力，以及一種用于向主機(jī)系統(tǒng)提供天線狀態(tài)和診斷反饋的方法。
圖2老式的汽車儀表板
過去，為了滿足汽車天線系統(tǒng)中苛刻的保護(hù)要求組合以及所需的診斷功能，設(shè)計師不得不進(jìn)行復(fù)雜的電流檢測放大器、運(yùn)算放大器和分立元件及其他IC的布局。而現(xiàn)在，單片IC解決方案的出現(xiàn)使這個問題迎刃而解。下面將以LT3050為例來具體說明。
在滿負(fù)載條件下，LT3050可提供高達(dá)100mA的連續(xù)輸出電流和一個340mV的典型壓差電壓。該IC具有一個2～45V的寬輸入電壓范圍，并提供了低至0.6V的可調(diào)輸出電壓。單個電容器同時提供了超低噪聲操作(在10Hz～100kHz的大帶寬范圍內(nèi)輸出噪聲僅為30μVRMS)和基準(zhǔn)軟起動功能，從而消除了接通期間的大浪涌電流和輸出電壓過沖。LT3050的輸出電壓容差具有很高的準(zhǔn)確度，在整個電壓、負(fù)載和溫度范圍內(nèi)達(dá)±2%。低工作靜態(tài)電流(50μA)使其能夠連續(xù)處于空閑狀態(tài)，電池電量消耗極少，停機(jī)模式中的消耗電流下降至μA級。該IC分別采用12引腳2mm×3mmDFN封裝和12引腳耐熱性能增強(qiáng)型MSOP封裝，因而提供了緊湊的占板面積。
具保護(hù)和診斷功能的單片IC天線電源
作為許多有源天線電壓電源的起始點，12V汽車電池與這些系統(tǒng)所需要的低噪聲、穩(wěn)定型電源相去甚遠(yuǎn)。除了噪聲之外，這種12V“電源”還有可能遭受反向電池電壓情況或負(fù)載突降(在這些場合中，電壓會在–36～＋80V的范圍內(nèi)變化，甚至出現(xiàn)尖峰)的影響。LT3050在苛刻的電氣環(huán)境中對其自身和天線均實施了保護(hù)，同時提供了一個穩(wěn)定的低噪聲輸出電壓。當(dāng)天線電源內(nèi)部發(fā)生短路時，LT3050還可利用一個準(zhǔn)確和可編程的電流限值來對有源天線電源電路加以保護(hù)。汽車環(huán)境中的散熱狀況同樣具有挑戰(zhàn)性，因而要求憑借堅固的過熱保護(hù)功能來使電源在-40～＋125℃的溫度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定。
除了這些棘手的保護(hù)要求以外，LT3050還簡化了所需的診斷信息收集以報告天線狀態(tài)。可編程開路檢測功能電路負(fù)責(zé)監(jiān)視天線電源電流，以防止其降至一個最小工作條件值以下；可編程短路檢測功能電路則用于監(jiān)視天線電源電流，以避免其超過一個規(guī)定的最大值，并通過限制電流來保護(hù)天線及其電源。此外，一個模擬電流監(jiān)視器還將產(chǎn)生一個與天線電源電流成比例的信號。這便于用作一個診斷輸入，或用于向系統(tǒng)發(fā)出指示信號，以告知所安裝的天線類型。
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一個準(zhǔn)確、穩(wěn)定和低噪聲電源中的保護(hù)功能
LT3050可產(chǎn)生一個用于有源天線系統(tǒng)的穩(wěn)定的低噪聲電源，可隔離并保護(hù)天線系統(tǒng)免受高噪聲、易變的12V汽車電源的不良影響。該IC能夠承受±50V的輸入電壓和反向電池電壓(可能產(chǎn)生自12V電源)以及至±50V的輸出反轉(zhuǎn)(見圖3)。
圖3LT3050針對負(fù)載突降情況的瞬態(tài)響應(yīng)(AC耦合)
LT3050能有效地將天線電源與12V電源線上的噪聲或者來自某個中間降壓型穩(wěn)壓器的噪聲隔離開來(見圖4)。單個電容器提供了基準(zhǔn)軟起動和噪聲旁路功能，從而實現(xiàn)了一個可編程啟動時間和超低噪聲操作。
圖4LT3050紋波抑制
通過允許用戶設(shè)定低至最大負(fù)載之110%的電流限值而不影響正常操作期間的負(fù)載調(diào)節(jié)性能，一個精準(zhǔn)的可編程電流限值提供了額外的保護(hù)作用。此外，憑借后備式電流限制、電流限制折返，以及具遲滯的堅固型熱停機(jī)功能的組合，當(dāng)存在來自一個50V輸入電源的輸出短路時，IC不會受損。輸出可以被拉至超出輸入50V，而流入輸入端的電流極小且不會損壞IC。
診斷功能
LT3050可向汽車的控制系統(tǒng)提供診斷信息。如果檢測到開路或短路情況、或者IC進(jìn)入熱停機(jī)模式，則一個能夠吸收100μA電流的集電極開路故障指示器將確定其電平。LT3050還具有一個集成電流監(jiān)視器，該電流監(jiān)視器通過IMON引腳提供約為輸出電流1/100的電流，以在天線系統(tǒng)監(jiān)視和保護(hù)中使用（見圖5）。只需在IMON和GND之間連接一個電阻器，便可產(chǎn)生一個與輸出電流成比例的參考于地的電壓。
圖5LT3050方框圖
可編程短路檢測和電流限值在IMAX引腳上提供，而且該限值一旦設(shè)定，則其在整個電壓和溫度范圍內(nèi)的波動幅度將小于5%。IMAX引腳是一個特別設(shè)計的電流反射鏡器件的集電極，可提供大約為輸出電流1/200的電流。該引腳同時也是精準(zhǔn)限流放大器的輸入端。在IMAX和GND之間連接一個電阻器(RI(MAX))，用于設(shè)定短路檢測和可編程電流限制門限。限流放大器電路執(zhí)行兩項功能。第一項功能是：如果IMAX引腳電壓達(dá)到600mV，則它將確定集電極開路/FAULT引腳邏輯電平。第二項功能是：它將調(diào)節(jié)輸出驅(qū)動電流以使IMAX引腳電壓不超過600mV，從而將輸出電流限制為0.6V•200/RI(MAX)。
可編程開路檢測門限在IMIN引腳上提供。IMIN引腳是一個特別設(shè)計的電流反射鏡器件的集電極，可提供大約為輸出電流1/200的電流。該引腳同時也是參考于600mV內(nèi)部基準(zhǔn)的開路檢測比較器的輸入端。在IMIN和GND之間連接一個電阻器，用于設(shè)定開路檢測門限。如果IMIN引腳電壓降至600mV以下，則比較器將發(fā)生跳變且/FAULT引腳電平被確定。該比較器采用了少量遲滯以防止發(fā)生/FAULT引腳干擾。
圖6示出了一種典型的LT3050應(yīng)用電路配置——用作一個有源天線電源。為直觀起見，電流限值、開路故障門限值、輸出電壓等是任意選擇的。在本例中，由11.3kΩ的IMIN電阻器將開路檢測門限設(shè)定為10mA。
1.15kΩ的IMAX電阻器將短路故障門限和電流限值設(shè)定為100mA(需要采用一個10nF的IMAX電容器，以實現(xiàn)限流放大器的穩(wěn)定性)。當(dāng)輸出電流等于100mA時，3kΩ的IMON電阻器將提供一個3V全標(biāo)度信號。10nF的REF/BYP電容器實現(xiàn)5.5ms的軟起動時間和低噪聲操作。
圖6LT3050有源天線電源電路
由于汽車信息娛樂組件變得越來越復(fù)雜，有源天線系統(tǒng)的數(shù)目也有所增加。這些有源天線系統(tǒng)中的敏感電路需要針對嚴(yán)酷汽車環(huán)境的保護(hù)與隔離功能和診斷反饋以報告天線狀態(tài)。
憑借諸如可編程電流限值、軟起動、開路檢測、輸出電流監(jiān)視器和集電極開路故障信號等特點，LT3050有源天線電源和診斷線性穩(wěn)壓器解決了有源天線設(shè)計難題。LT3050還具有一個寬輸入電壓范圍、低靜態(tài)電流、大帶寬范圍內(nèi)的低輸出噪聲、高輸出電壓準(zhǔn)確度、低壓差電壓以及承受輸入和輸出電壓反轉(zhuǎn)的能力。
