如何解决汽车和工业应用中的电设计问题

品慧电子讯目前的工业系统朝着电气化方向发展，且随着电压等级不断攀升、峰值电流增至几百安培，所以启用这些系统的时间也必需尽可能快，同时车载系统的性能也要不断提高。

而日益提升的可靠性促使制造商也减少了机械系统和增加固态系统，包括针对电源、负载和固态功率器件的保护电路……那么到底该怎么来解决汽车和工业应用中的电设计问题呢？

救主来啦——高压侧驱动器解决方案

ADI 电源产品组的设计工程师 Mark Mullen 就上述问题为大家分享了一个基于LCT7000受保护的高压侧驱动器解决方案。

LTC7000是一款快速、高压侧 N 沟道 MOSFET 栅极驱动器，主要接收一个参考于地的低电压数字输入信号，并以 35ns 的传播延迟完全接通或关断一个其漏极可高出地电位达 135V 的高压侧 N 沟道 MOSFET。13ns的快速上升和下降时间 (当驱动一个 1000pF 负载) 最大限度降低了开关损耗。其内部充电泵全面强化一个外部 N 沟道 MOSFET 开关，因而使之能无限期地保持导通。

它还有着强大1Ω 栅极驱动器，能够以非常短的转换时间驱动大栅极电容 MOSFET，这种过流跳变功能非常适合高频开关和静态开关应用。加上故障标记、欠压闭锁和过压闭锁等保护功能，可以发现它在工业和汽车市场中是非常有用的，例如静态开关驱动器、负载和电源开关驱动器及继电器替代产品。接下来我们就说说LTC7000的特点~

特点一、低延迟、速度快

LTC7000 在 INP 引脚上接收一个参考于地的低电压数字信号、把该信号电平移位至高达 VIN 电压。并控制片内低阻抗上拉和下拉器件，能快速接通或判断一个其漏极可高出地电位达 135V 的高压侧 N 沟道 MOSFET。从低电压 INP 信号至得到全面强化或被完全关断的 N 沟道 MOSFET 之传播延迟约为 35ns，这也促成了许多应用。

特点二、功率低损耗，稳定性强

位于 BOOST 和 TS 引脚之间的浮动电源在内部调节至 12V，从而降低了由外部 MOSFET 之导通电阻引起的功率损耗。而强大的输出器件把外部 MOSFET 保持在由低电压 INP 信号控制的状态中，即使在高电压和高频瞬变从功率 MOSFET 反馈耦合至驱动电路的情况下也不例外。

倘若应用电流跳变要求为 10A，则在检测电阻器中仅耗散 300mW (最大值)。如需增加灵活性，则可通过改变 ISET 引脚上的电压，从而有选择性地在 20mV 和 75mV 之间调节电流检测门限电压。

特点三、可调电流限制

ISET 引脚上的电压被除以 20 以设定为电流检测门限。ISET 引脚会流出一个 10µA 电流，因此只需在 ISET 引脚和地之间布设一个电阻器，这样就可以调节电流检测门限。如果 ISET 引脚浮置，则电流检测门限默认为 30mV。而如果 ISET 引脚接地，那么电流检测门限为 20mV。

因为LTC7000 还具有一个 TIMER 引脚，因此过流情况不会立刻关断外部 MOSFET。在 TIMER 引脚和地之间连接一个电容器，它用于设定在外部 MOSFET 在过流故障情况下被关断之前的延迟周期，该关断延迟周期可设定在最短 1.4µs (如果 TIMER 引脚开路) 到几十或几百 ms (如果电容器为µF 级) 的范围内，布设在 TIMER 引脚上的同一个电容器还负责设定一个冷却周期。

在经过该冷却周期之后，内部电路将自动尝试重新接通外部 MOSFET，该重试占空比约为 0.06%。所以应该选择合适的过流跳变点和 TIMER 电容器，以通过把 MOSFET 保持在 MOSFET 产品手册中规定的安全工作区内以保护外部 MOSFET。

而如果一旦检测到过流故障情况，那就把一个漏极开路 FAULT 引脚拉至低电平。此 FAULT 引脚保持低电平，直到故障情况被清除为止，外部 MOSFET 将重新接通。

把 LTC7000 配置为执行锁断而不是自动重试操作，可以通过增设一个与 TIMER 电容器并联的 100kΩ 电阻器来实现。针对过流故障的关断延迟仍将由 TIMER 电容器设定，但是 LTC7000 在过流故障之后不会自动尝试重新接通外部 MOSFET，外部 MOSFET 将也不会尝试重新接通，直到低电压 INP 信号循环至低电平并随后返回高电平为止。

在该配置中，一旦检测到过流故障，漏极开路 FAULT 引脚将被拉至低电平，并将保持低电平，直到 INP 信号循环至低电平并随后返回高电平为止。

特点四、电流监视器输出

可通过测量IMON 引脚上的电压来监视流过高压侧检测电阻器的平均电流。当外部 MOSFET 导通时，出现在 IMON 引脚上的电压是检测电压，(VSNS+ – VSNS–) x 20。假设检测电阻器为 2mΩ，则 400mV 的 IMON 电压表示有 10A 电流流过检测电阻器。IMON 电压的平均时间大致为 1MΩ 乘以 IMON 引脚上的任何电容。例如，如果 IMON 引脚上的电容为 1nF，则 IMON 输出电压的平均时间大约为 1ms。

特点五、可调输入欠压和过压闭锁

LTC7000 能够避免负载遭受 VIN 引脚上的过压和欠压情况的损坏。“一个连接在 VIN 和地之间、且抽头连接至 RUN 和 OVLO 引脚的简单电阻分压器将设定一个针对负载的有效操作窗口。当 VIN 位于由 RUN 和 OVLO 引脚所设定的操作窗口之外时，则关断外部 MOSFET，并保护负载免遭潜在损坏或发生故障。” Mark Mullen这样谈到。

采用VCCUV引脚还可为VCC电源提供欠压闭锁保护。通过改变 VCCUV 引脚电压可在 3.5V 和10.5V 之间调节VCC欠压闭锁门限。从 VCCUV 引脚流出一个 10µA 电流，因此只需在VCCUV 引脚和地之间布设一个电阻器便可调节 VCC 欠压闭锁门限。如果VCCUV引脚浮置，则VCC欠压闭锁门限默认为 7V。假如 VCCUV 引脚接地，则VCC欠压闭锁电压设定为 3.5V。当 VCC 引脚上的电压低于 VCCUV引脚设定的欠压闭锁门限时，外部MOSFET被关断。

由此可见，作为一款灵活和坚固的器件，可使汽车和工业制造商提高其系统的性能和可靠性。LTC7000 所具备的高达 135V 的电压范围、内置的保护功能、强大的驱动器、快速接通和关断时间能力，使得制造商能够开发出为客户增添附加值和可靠性的系统。因而它主要运用于静态开关驱动器、负载和电源开关驱动器、电子阀驱动器以及高频高压栅极驱动器。



推荐阅读：
采用USB PD和C型USB 端口，改变充电设计方式
集成DAC和处理功能，设计一个高清音频系统
USB Type-C连接器：具有挑战性的一体式解决方案
PEI-Genesis：不一样的订货感受 体验定制化的连接器

DC/DC换流器组合设计：可降低系统成本、组件数量和尺寸