1 ECU电源系统电路

ECU电源系统电路是整个发动机电控系统按照正确的逻辑、 可靠工作的保证。 主要作用是将汽车蓄电池电压通过电路处理， 最终输出ECU中单片机系统、 逻辑电路、 信号处理电路、 功率驱动电路等电路模块的工作电压。

电源系统电路要求在汽车各种不同的运行工况下， 电源电压都能保持稳定精确地输出， 电路转换效率高， 降低功耗的同时减少ECU线路板电源部分发热及对搭铁的干扰。 同时能够提供各种不同的保护功能， 以应付各种突发的故障以及严酷的使用环境， 比如瞬时过压、 过载、 短路、 电源反接、 共模干扰等。

2 ECU电源系统保护电路设计

2.1 浪涌电压保护电路设计

ECU电源系统在面对诸如雷电、 静电冲击、 抛负载等故障情况时， 电源系统电路需要保护电路本身不被过大的电压冲击损毁， 同时能够保证电路的正常工作。 浪涌电压保护电路通常采用压敏电阻或瞬态电压抑制二极管 （TVS） 并联在电源电路的输入通路中， 当瞬态电压发生时提供保护路径限制瞬间冲击电压至安全范围。 由于TVS管响应迅速、 钳位特性好、 抗静电效果好、 便于安装等， 所以ECU中通常采用TVS管进行浪涌保护设计。

图1是TVS电路设计示意图， 其并联在电路回路中。 TVS在设计选型时除了需要考虑芯片尺寸、 安装位置等， 还应根据TVS原理参数、 后级DC/DC控制芯片参数进行具体选择。 图2为TVS输入输出特性及关键原理参数。 在设计具体电路时需要满足如下条件。

1） 反向关断电压Ur这是二极管在正常状态时可承受的电压， 此电压应大于或等于被保护电路的正常工作电压， 否则二极管会不断截止回路电压； 但它又需要尽量与被保护回路的正常工作电压接近， 这样才不会在TVS工作以前使整个回路面对过压威胁。 共轨系统通常正常工作电压选择28~30 V， 即需要满足Ur≧30V。

2） 最小击穿电压UbUb分为5%和10%两种。 对于5%的Ub来说， Ur=0.85Ub； 对于10%的Ub来说， Ur=0.81Ub。 当电压高于此值后， TVS发生雪崩击穿， 此后， TVS两端电压将一直保持在钳位电压Uc。

3） 最大钳位电压Uc当TVS管承受瞬态高能量冲击击穿后， 管子中流过大电流， 峰值为IP， 端电压由Ur值上升到Uc值就不再上升了， 从而实现了保护作用。 Uc与Ub之比称为钳位因子， 一般在1.2~1.4之间， 计算多代入为1.3。

其他诸如反向漏电流、 结电容等参数也需要考虑电路静态电流以及信号频响等因素进行择优选择。 最大允许瞬时功率Pp根据车用电源系统电路抗干扰标准要求须至少大于6000 W。

2.2 防反接保护电路设计

防反接保护使用一个普通二极管就可以实现，或者采用其他MOS管防反接电路。 普通二极管防反接保护电路优点是电路简单， 器件少， 但由于受二极管额定功耗的限制， 这种防反接不能承受长时间的反接故障。 图3为防反接保护二极管在电路中的设计位置， 二极管选择时考虑ECU的整体功耗， 选择正向导通电流大于正常工作最大电流， 同时防反接保护二极管尽量选择低压降快恢复二极管， 反向耐压满足电路要求。

2.3 过电流保护电路

ECU电源电路在过载或者负载短路等故障发生时， 需要在外部线束中或电源处理电路回路中设计过流保护电路， 否则电路将损毁不能正常工作。 通常在开关电源设计中采用自恢复熔断丝串联在回路中， 或设计电路采样闭环控制电路等。

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