热插拔控制器在汽车电路中的应用

朱玉凤，齐 晗

（浙江中科正方电子技术有限公司,沈阳 110168）

随着汽车电子技术的迅猛发展，越来越多的电子设备被应用到汽车上。当对其他电子设备进行带电插拔时，DC/DC电源设计中的输入电容提供了一个初始的低阻抗回路，会产生巨大的浪涌电流。巨大的浪涌电流有可能损坏接插件、导线及模块的输入电容，甚至会造成蓄电池电压的瞬间跌落，使系统中其他的设备复位而不能正常工作。因此，在电子模块设计一种合适的且电磁兼容性（EMC）好的热插拔保护电路就显得尤为重要[1-2]。本文以美国国家半导体公司推出的热插拔控制器LM5060Q1MM为例，介绍热插拔控制器在汽车电子模块中的应用。

1 LM5060Q1MM的主要功能

1）实现故障设备和系统的隔离，并能提供相应的故障指示。如果设备故障自动消失（例如设备被短路后又恢复正常），热插拔控制器可以重新使能设备。

2）内部集成驱动N-channel MOSFET的电荷泵，控制外接MOSFET的开或关。

3）具有电压监视功能。如果电源电压出现异常，控制器的GATE脚输出低电平，从而关闭OUT脚的电压输出，实现设备的安全隔离。

4）可编程实现欠压和过压保护[3]。

5）过流保护（负载短路保护）。当流过MOSFET的电流超过电路的设定值时，控制器的GATE脚输出低电平，从而关闭OUT脚的电压输出。

6）上电延时启动功能。启动时间可由Timer脚所接电容进行编程，有效避免热插拔时的抖动。

7）5.5～65 V宽电压输入，保证模块在冷车发动和负载突降的情况下仍正常工作[4]。

8）汽车级认证：AECQ-100。

LM5060Q1MM管脚信息见表1。

2 典型应用

以24 VDC供电为例，其在电源保护电路中的连接如图1所示。

表1 LM5060Q1MM管脚信息

芯片内部集成驱动外接N导电沟道MOSFET的栅极驱动电路和所需的电荷泵，通过控制外接MOSFET栅极电压来控制初始化时流入负载的电流大小[5]，限制浪涌电流。电流限制可以通过采样电阻Rs的大小进行编程控制。UVLO和OVLO脚可以实现欠压、过压保护。故障延迟时间可由Timer脚所接电容进行编程控制。当热插拔完成，输出电压VOUT稳定后PowerGood信号使能。

主要元器件的选择如下：

1）MOSFET（Q1）的选择。IDSMAX：IDSMAX=C4×d V/d t[6]C4为负载电容；d V为最高输入电压65 V；d t为电流脉冲最大持续时间。如C4=470μF，d t=8 ms，则IDSMAX=470×65/8000=3.8 A。VDSMAX：取电源最大输入电压65 V。PDMAX功率限制：PDMAX=VDS×IDS=65 V×3.8 A=247 W。这三个条件同时满足，MOSFET工作在SOA范围内，三极管不会被损坏。电路中选取IRF8010，它的具体参数为

2）CTIMER（C2）的选择。芯片延时启动时间tFaultDelay=VTIMERH× CTIMER/ITIMERH。当 CTIMER=68 nF 时，tFaultDelay=2 V×68 nF/11μA=12 ms。

3）分压电阻的选择及电源输入范围的计算：

考虑分压电阻的电流损耗及噪声灵敏度，推荐R2、R3、R4、R5 的取值范围为 10～200 K。

应用电路中：取OVPTH=2V，UVLOTH=1.6V，UVLOBIAS=5.5μA。

R2=150 K，R3=10 K，R4=62 K，R 5=15 K

VBattery-min=8.55 V，VBattery-max=32 V

3 结束语

该电路已成功应用于一款为柴油发动机开发的ECU控制器中，并通过重庆市电磁兼容技术中心检测，性价比很高，具有很大的应用价值。在电路设计时，还应注意其电磁兼容性（EMC）[9]，对于各种电子控制器，要特别注意其抗电磁干扰能力的设计[10]。

[1]刘鹏程，邱扬.电磁兼容原理与技术[M].北京：高等教育出版社，1993.

[2]Vicor公司.热插拔功能消除停机时间(05-100)[J/OL].电子产品世界，（2009-02-20）[2011-11-22].

[3]康华光.电子技术基础：数字部分（第3版）[M].北京：高等教育出版社，1988.

[4]JeffGruetter.汽车电源集成电路的新应用与新挑战[J/OL].电子产品世界，（2008-04-14）[2011-11-22].

[5]康华光.电子技术基础：模拟部分（第3版）[M].北京：高等教育出版社，1988.

[6]叶慧贞，杨兴洲.新颖开关稳压电源[M].北京：国防工业出版社，1999.

[7]IRF8010.Internatinal IR Rectifier,Data Sheet[EB/OL].(2008-02-23)[2011-11-22].

[8]LM5060 High-side Protection Controller with Low Quiescent Current.National Semiconductor,Sept.22,2010.Data Sheet[EB/OL].[2011-11-22]

[9]付晓江，胡海鸥，张春艳，等.电路的电磁兼容设计[J].光电对抗与无源干扰，2002，（4）

[10]金松涛，丁良旭，刘青松.汽车电磁兼容问题研究的重要性[J].客车技术与研究，2011，（5）：1-5.