汽车环境对于电子产品而言是相当苛刻的，任何连接到12V供电的电路，工作时必须承受超过一般9V至16V范围的电压变化，其它的极端情况亦包含负载突降、冷启动、电池反接、双电池跨接、突波、杂讯和极宽的温度范围等。

于负载突降期间，交流发电机的输出电压急速爬升到 60V 或更高；而形容在低温环境下启动车子的名词-冷启动，将造成电池电压下降至6V 或更低。电池反接是因跨接一个失效电池时，不小心弄错了电线的极性所导致。许多拖车配备两颗串联的12V电池，以在冷天时启动这些挂着无效电池的车辆，此举会将整个电力系统提高到28V的电压范围，且持续至车辆发动后，拖车驾驶拿掉跨接电线为止；而突波和杂讯亦是意料中的事，因为汽车电子系统内包含了高电流马达、继电器、电磁阀、灯和震动开关接触器。另外，交流发电机-一个具有截波稳压功能的三相设备-有时会以非常高的电流进行电池充电；而最后，是为了在汽车环境中操作而设计的电路－特别是在负载突降和双电池跨接情况时，需承受高输入电压的电路。

被动保护架构

汽车电子零件的被动保护电路如(图一)所示，相同或类似于此架构的设计，广泛地运用于保护各种连接到汽车12V排线的系统。此架构网路可防护高压突波、持续的过压、电池反接和过量电流汲取。电流保护作用是相当明确的，当负载电流超过1A且持续一段时间后，保险丝 F1 将会烧断。 D1和F1则可防护电池反接，当大电流流经顺向偏置D1时，保险丝也会烧断。电解电容的一个有趣特点，是其工作在额定电压的150％左右：当终端电压增加时，其可吸收更高的电流，以C1而言，在持续输入突波情况下，可作为钳位（最后烧断保险丝）。双电池跨接所累积出的28V电压并不会烧断保险丝，因为额定电压为25V的C1仍然足以吸收非常少的过量电流。电感自身所产生的小电阻可以限制峰值错误电流，限制输入瞬态的旋转率以帮助在突波存在时C1的钳位作用。

被动电路的主要缺点，在于其仰赖烧断保险丝以获得过流、过压和电池反接的保护，而另一个缺点，是其对钳位用电解电容的依赖。随着电容老化和干涸，其ESR增加，削弱了钳制能力，有时会以大稽纳二极体取代D1以协助电容的钳位，而主动电路的开发，便是用来克服这些不足之处。

《图一 被动保护电路具有简易的特色》

主动电路

(图二)展示了保护敏感电路免于12V汽车系统偏异行为伤害的主动解决方案。 LT1641 被用于驱动一个N通道的输入MOSFET，提供被动方案所无法提供的额外保护。首先，LT1641 在输入电压低于9V情况时关闭负载，以避免在低输入电压时发生错误操作，以及让系统在启动或者充电系统失效时，不会提供精确电流予不重要负​​载。第二，LT1641在电力刚供应时，以缓慢地提高输出方式来软启动负载。第三，利用电流限制和计时电路断路器来保护输出免受过载和短路伤害。当发生电流异常事件时，电路断路器会以1-2Hz的速率自动重试；保护电路上行保险丝容量的界定，可选在LT1641下行电流异常发生时也不会烧断的容量。最后，图二的电路可阻断出现在输入端的过压异常，同时还可提供钳位输出，如此负载电路虽然经历过压事件却仍继续工作。

在正常12V输入的情况下，LT1641会充电闸极至约20V左右，以完全打开MOSFET提供功率到负载。一个27V的稽纳二极体，D1接于闸极和接地端之间，但不会影响9～16V 的工作范围。当输入提高至 16V时，LT1641 继续充电闸极，试图让MOSFET 保持在全开的情况。假如输入电压升得太高，稽纳二极体可钳制MOSFET 闸极，将输出电压限制在24V左右。 LT1641本身可承受达100V的输入，且不受发生在闸极的钳制作用影响。闸极钳制架构当然比被动解决方案更精准，而且藉由为D1选择一个合适的崩溃电压，便可以轻易地被调适以满足负载要求。

图二所展示的电路，适合1A左右的负载，如果需求更高负载电流，则建议采用(图三)的电路，以避免在MOSFET发生过度功耗。如果过压情况持续，例如当电力系统是由两个串联电池供电以延长时间、或缓慢负载突降涌浪和小型MOSFET，则超量功率消耗便成为一项风险。 D1 和 Q2用于对输出取样，如果输入超出16.7V，将会有一个讯号被送回SENSE 接脚以将输出稳定于16.7V。稳压会比前一个电路图一更精准，并且选择适合的稽纳二极体，便能很轻易地满足负载要求。

总功耗系受限于TIMER 接脚，其控制着MOSFET 用于稳压输出的总时间。如果过压持续长达15ms以上，LT1641 就会关闭让MOSFET 冷却下来，而电路将在半秒后试图重启动，此循环将持续直到过压异常被解除或恢复正常操作为止。过流异常的处理方式与图二所描述相同。

《图二 过压瞬变保护器将输出箝制于24V，且输入降低至9V以下便会自行断开》

电池反接

当顺向压降变得重要时，藉由并入一个串联二极体、一个传统pn二极体、或萧特基二极体，便可将电池反接保护加入图二或图三的电路内。对于无法接受阻断二极体功耗的某些重要应用而言，(图四)所显示的简单附加电路将可满足其需求。在正常操作条件下，MOSFET Q2的体二极体被顺向偏置，传输功率给LT1641，当装置（LT1641）被启动，其闸极驱动将传至Q2，进而将其完全开启。如果输入为反向，Q3的发射极被拉到接电电压以下而导通，接着拉低Q2的闸极并让其保持接近Q2的源极电压，在这种情况下，Q2将保持关闭，并阻断反向输入至LT1641和负载电路的途径，而一个不具影响性的微安培位准电流会流经1M-ohm 电阻到达LT1641的GATE 接脚。

《图三 稳压箝位箝制输入突波，并保护MOSFET 免于发生过度功耗》

以高电压 LDO 作为电压限制器

降压稳压​​器，如拥有最大25V额定输入电压的LT1616 而言，一般不会作为汽车应用。然而，如果结合一个低压降（LDO）线性稳压器，例如 LT3012B/LT3013B ，欠压异常便可被轻易地克服。 (图五)中所展示的小型、有效的组合可在汽车环境中提供3.3V 输出。 LT3013B 具有4V 至 80V宽广输入电压范围，内建电池反接保护、节省成本和板面空间，无需特别的电压限制或钳制电路。当工作在中等负载电流时，LDO 稳压器的效率近似于VOUT/VIN，如果VOUT低于VIN，LDO 的效率就不高，例如，将一个12V输入降压至3.3V 输出之效率仅28％ 。让LT3013B 以低压差方式工作于正常的输入电压范围，可提高图 5的效率，在此情况下，LT3013B 的输出电压设定为24V。 LDO的输出刚好比VIN低400mV，因而以97％效率供电予工作在正常范围中心的LT1616 降压稳压器。当发生负载突降时，VIN 也许会升高至80V ，但LT3013B 仍然可进行稳压工作，对于任何超出24.4V的VIN，都能有效地限制其输出于24V，并完全属于LT1616开关稳压器的额定能力内。如果VIN升高超过24.4V，LDO 的效率会降低，但此状态仅持续很短的时间，因此不具影响。 LT1616将LT3013B 的限制输出转换为3.3V，开关稳压器在12V输入时的效率约为80％。在冷启动时，车辆的电压可能降至5V，这种情况下，LT1616的输入电压为4.6V，也完全在其工作范围内。图五电路的测试结果则显示于(图六)和(图七)。 LT3013B LDO稳压器和LT1616开关稳压器的组合，可将3.3V输出稳定于一个宽广的典型汽车12V电力系统工作电压范围内，且不影响效率。

《图四 针对图二和图三所设计的电池反接保护》

整合性的解决方案

另一更具整合性的解决方案，即是 LT3437 [1]。 LT3437 是一款200KHz、单晶片集成电路降压稳压器，可接受3.3V 至 80V 的输入电压范围。其在无负载时的100uA静态电流，对于现今always on系统而言，是一个必要需求。而一个便宜的二极体即可与输入串联，以提供电池反接保护。

《图五 以LT3013B 作为电压限制器》

结论

本文介绍了汽车电子环境的挑战和传统被动保护电路。许多使用LT1641-2、 LT3013B/LT1616 和 LT3474 的电路，便是为了在汽车环境中工作而设计的。

《图六 图五电路波形》

《图七 图五电路波形》