汽車應(yīng)用對(duì)模塊和元器件的可靠性要求都很高，汽車級(jí)的線性穩(wěn)壓器，為了支持系統(tǒng)達(dá)到這樣高可靠性的要求，內(nèi)部也集成了豐富的診斷和保護(hù)功能，下面以英飛凌OPTIREGTM LINEAR產(chǎn)品舉例，詳細(xì)介紹這些功能的作用，原理和使用建議。

1.復(fù)位功能（RESET）

復(fù)位應(yīng)用電路

a. 輸出欠壓復(fù)位

輸出欠壓復(fù)位通過(guò)檢測(cè)輸出電壓Vout，并根據(jù)輸出電壓和內(nèi)部復(fù)位閾值電壓Vrt的比較結(jié)果，判斷是否產(chǎn)生復(fù)位輸出。如果輸出端電壓下降至復(fù)位閾值以下，復(fù)位輸出低電平，直到輸出電壓恢復(fù)到復(fù)位閾值以上。如應(yīng)用電路所示，復(fù)位輸出一般連接至的復(fù)位引腳。

輸出欠壓復(fù)位

b. 復(fù)位響應(yīng)時(shí)間

短暫的負(fù)電壓尖峰不應(yīng)觸發(fā)輸出欠壓復(fù)位。只有當(dāng)輸出電壓低于復(fù)位閾值的時(shí)間長(zhǎng)于預(yù)定義復(fù)位響應(yīng)時(shí)間時(shí)，才產(chǎn)生欠壓復(fù)位。

復(fù)位響應(yīng)時(shí)間

c. 上電復(fù)位延遲

大部分控制模塊帶有一個(gè)單片機(jī)并附帶一個(gè)時(shí)鐘振蕩器。模塊上電時(shí)，時(shí)鐘振蕩器需要大約1到10ms的時(shí)間達(dá)到其穩(wěn)定頻率。如果微控制器在振蕩器達(dá)到穩(wěn)定前開(kāi)始工作，有可能微控制器不能正確地初始化。上電復(fù)位延遲可以起到在振蕩器還沒(méi)有完全地達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)阻止單片機(jī)開(kāi)始初始化的作用。

上電復(fù)位延遲

d. 如何調(diào)節(jié)復(fù)位時(shí)間

模擬式復(fù)位時(shí)間調(diào)節(jié)

對(duì)英飛凌TLE4xxx系列和TLF4949線性穩(wěn)壓器而言，上電復(fù)位延遲時(shí)間trd和復(fù)位反應(yīng)時(shí)間trr決定于連接至D引腳的延遲電容CD的大小（見(jiàn)應(yīng)用電路圖）。

數(shù)據(jù)手冊(cè)中通常給出了使用某特定電容值（例如，100nF）的復(fù)位時(shí)間。

例如：TLE4291復(fù)位時(shí)間

當(dāng)需要的上電復(fù)位延遲時(shí)間td,PWR,ON不同于使用CD=100nF時(shí)規(guī)定值時(shí)，通過(guò)下面公式可計(jì)算相應(yīng)所需的電容:

相應(yīng)地，通過(guò)下面公式計(jì)算得出復(fù)位延遲時(shí)間trr,total：

數(shù)字式復(fù)位時(shí)間調(diào)節(jié)

英飛凌TLS8xx系列線性穩(wěn)壓器，通過(guò)配置復(fù)位時(shí)間選擇引腳DT（見(jiàn)應(yīng)用電路），可在兩個(gè)預(yù)設(shè)定的上電復(fù)位延遲時(shí)間trd中選擇。

例如：TLS850D0TA復(fù)位時(shí)間

e.復(fù)位輸出RO的上拉電阻

復(fù)位輸出RO是一個(gè)集電極開(kāi)路輸出，需要一個(gè)接至正電壓（例如，輸出電壓VQ）的上拉電阻。

某些線性穩(wěn)壓器的RO輸出已在器件內(nèi)部設(shè)置上拉電阻。只有在需要一個(gè)更低阻抗的RO輸出時(shí)，可以額外在外部連接一個(gè)到輸出端Q的上拉電阻。由于RO端允許的灌入電流有最大值限制，因而數(shù)據(jù)手冊(cè)中標(biāo)明了外部上拉電阻RRO,ext的最小值，選擇外部上拉電阻時(shí)必須遵循該最小值的規(guī)定。

例如：TLS810D1復(fù)位輸出引腳內(nèi)部和外部上拉電阻

有些穩(wěn)壓器的RO端沒(méi)有內(nèi)部上拉電阻。對(duì)于這些穩(wěn)壓器必須外接上拉電阻。

數(shù)據(jù)手冊(cè)同樣標(biāo)定了所需的外部上拉電阻RRO 的最小值。

例如：TLE42754復(fù)位輸出引腳外部上拉電阻

2.看門(mén)狗

看門(mén)狗應(yīng)用電路

a.為什么需要看門(mén)狗功能？

看門(mén)狗用于監(jiān)控單片機(jī)，確保單片機(jī)處于正常工作狀態(tài)。看門(mén)狗定時(shí)器的作用是監(jiān)控單片機(jī)運(yùn)行時(shí)序；當(dāng)發(fā)生明顯的時(shí)序錯(cuò)誤時(shí)，把單片機(jī)復(fù)位至一個(gè)已知的狀態(tài)。例如，單片機(jī)可能陷入到軟件死循環(huán)中并且停止響應(yīng)其它輸入。當(dāng)單片機(jī)發(fā)出的觸發(fā)脈沖間隔時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)，看門(mén)狗能檢測(cè)到錯(cuò)誤，并發(fā)送一個(gè)復(fù)位信號(hào)給單片機(jī)。

標(biāo)準(zhǔn)看門(mén)狗

b.看門(mén)狗定時(shí)調(diào)節(jié)

看門(mén)狗電路使用內(nèi)部振蕩器作為時(shí)間基準(zhǔn)。該時(shí)間基準(zhǔn)可以通過(guò)引腳DT1和DT2調(diào)節(jié)。

例如：TLS820F0看門(mén)狗定時(shí)調(diào)節(jié)

c. 窗式看門(mén)狗

在一些關(guān)鍵的系統(tǒng)安全性的相關(guān)應(yīng)用中，為滿足系統(tǒng)對(duì)安全性更高的要求，穩(wěn)壓器提供了一種稱作窗式看門(mén)狗的高級(jí)看門(mén)狗功能。窗式看門(mén)狗與標(biāo)準(zhǔn)看門(mén)狗的運(yùn)行方式類似，但觸發(fā)脈沖必須發(fā)生在特定的窗口或者說(shuō)時(shí)間段內(nèi)。如果觸發(fā)脈沖發(fā)生在窗口外或者根本沒(méi)有發(fā)生，窗式看門(mén)狗將復(fù)位單片機(jī)。當(dāng)單片機(jī)發(fā)出不應(yīng)產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)看門(mén)狗不能判斷該觸發(fā)是否有效。而窗式看門(mén)狗的窗口要求使其能檢測(cè)出這類多余的觸發(fā)事件。

窗式看門(mén)狗

d. 標(biāo)準(zhǔn)看門(mén)狗 VS 窗式看門(mén)狗

單片機(jī)可能會(huì)剛好陷于發(fā)送看門(mén)狗脈沖的進(jìn)程中。標(biāo)準(zhǔn)看門(mén)狗不能夠檢測(cè)到這種潛在的程序錯(cuò)誤，會(huì)把這樣的信號(hào)誤認(rèn)為有效看門(mén)狗信號(hào)。這種情況下的解決方案是使用窗式看門(mén)狗。

使用這種稱作窗式看門(mén)狗的高級(jí)看門(mén)狗功能可進(jìn)一步降低程序出錯(cuò)的潛在風(fēng)險(xiǎn)。該功能提高了系統(tǒng)安全性。窗式看門(mén)狗不僅監(jiān)控最小脈沖周期，而且也監(jiān)控最大脈沖周期。看門(mén)狗脈沖必須在特定的窗口，或者說(shuō)時(shí)間段內(nèi)發(fā)生。如果脈沖發(fā)生在窗口之外，或是在目標(biāo)窗口里根本沒(méi)有發(fā)生的話，窗式看門(mén)狗會(huì)復(fù)位單片機(jī)。

3. 熱關(guān)斷

英飛凌汽車級(jí)線性穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)可以承受高達(dá)150°C的結(jié)溫。

在選擇封裝和散熱設(shè)計(jì)時(shí)要保證在任何工作條件下結(jié)溫都不超過(guò)最大允許值。

為了避免發(fā)生故障時(shí)損壞器件（例如，輸出持續(xù)短路），器件內(nèi)置熱關(guān)斷保護(hù)功能。除非數(shù)據(jù)手冊(cè)中另有說(shuō)明，保護(hù)電路會(huì)在結(jié)溫高于151°C時(shí)，典型情況在175°C時(shí)，關(guān)閉功率級(jí)。器件會(huì)在溫度冷卻后自動(dòng)重啟，典型情況下有15°C的遲滯（例如，在175°C時(shí)器件被關(guān)斷，在160°C時(shí)重新啟用）。

大于150°C的溫度高于電壓穩(wěn)壓器的最大額定值范圍，長(zhǎng)期工作在高溫情況下會(huì)嚴(yán)重縮短器件生命周期。

熱關(guān)斷和熱遲滯

4.過(guò)壓保護(hù)

汽車中的感性負(fù)載（例如，電機(jī)繞組或電子線束）會(huì)產(chǎn)生高電壓驟變。為了在汽車環(huán)境中提供足夠的保護(hù)功能，例如，拋負(fù)載電壓，英飛凌使用能承受高達(dá)45V持續(xù)電源電壓的晶體管結(jié)構(gòu)。另外，一些芯片提供的保護(hù)功能可以抵抗高達(dá)65V的拋負(fù)載脈沖（例如，TLE4271-2）。

更多詳細(xì)信息，請(qǐng)參考數(shù)據(jù)手冊(cè)的“絕對(duì)最大額定值”列表

無(wú)論脈沖的長(zhǎng)短，一旦超過(guò)任何一個(gè)給定的最大電壓值都有可能給器件造成損害。因此，建議采用限壓二極管提供過(guò)壓保護(hù)。此外，電壓瞬變可以通過(guò)外加輸入端電容來(lái)緩沖，以消耗脈沖帶來(lái)的全部或部分能量，削弱器件輸入管腳受到的脈沖沖擊。

所有跟隨器和部分穩(wěn)壓器容許高至VQ=45V的輸出端電壓，從而保護(hù)它們免受輸出端對(duì)電池短路造成的損壞。

5. 電流限制

在輸出端對(duì)地短路或負(fù)載過(guò)高的情況下，穩(wěn)壓器被迫傳導(dǎo)非常高的輸出電流。為了保護(hù)應(yīng)用和穩(wěn)壓器本身使其免受損害，器件有輸出電流限制保護(hù)。相應(yīng)值可參見(jiàn)數(shù)據(jù)手冊(cè)。

電流限制有兩種實(shí)現(xiàn)方式：恒定或折返電流限制。英飛凌線性穩(wěn)壓器采用恒定電流限制以解決折返限制方法產(chǎn)生的“閂鎖”問(wèn)題：如果故障消失后負(fù)載電流剛好在折返曲線經(jīng)過(guò)的任何地方，輸出將永遠(yuǎn)無(wú)法回復(fù)其初始電壓。

在線性穩(wěn)壓器啟動(dòng)時(shí)，會(huì)以最大輸出電流給輸出電容充電。因此，當(dāng)穩(wěn)壓器啟動(dòng)或是輸入電壓上電后輸出電壓達(dá)到額定電壓所需時(shí)間可按下面的公式計(jì)算得出：

電流限制

6.安全工作區(qū)

為避免封裝不能承受的過(guò)高功率耗散，在輸入電壓高于一定的電壓，穩(wěn)壓器會(huì)降低最大輸出電流（短路電流）。即在輸入電壓非常高的情況下，穩(wěn)壓器不再能傳輸全部（額定的）輸出電流。

最大輸出電流與輸入電壓關(guān)系（TLS850典型曲線圖）

知其然，更能知其所以然，以上便是對(duì)汽車級(jí)線性穩(wěn)壓器內(nèi)置診斷、保護(hù)功能的詳細(xì)說(shuō)明，希望能幫助你快速了解并合理使用線性穩(wěn)壓器，以實(shí)現(xiàn)更安全可靠的汽車電源設(shè)計(jì)。