自恢复熔断丝是由经过特殊处理的聚合树脂( Polymer) 及 分 布 在 里 面 的 导 电 粒 子 ( CarbonBlack) 组成。 在正常操作下聚合树脂紧密地将导电粒子束缚在结晶状的结构外, 构成链状导电通路,此时的自恢复熔断丝为低阻状态, 线路上流经自恢复熔断丝的电流所产生的热能小, 不会改变晶体结构。 当线路发生短路或过载时, 流经自恢复熔断丝的大电流产生的热量使聚合树脂融化, 体积迅速增长, 形成高阻状态, 工作电流迅速减小, 从而对电路进行限制和保护。 当故障排除后, 自恢复熔断丝重新冷却结晶, 体积收缩, 导电粒子重新形成导电通路, 自恢复熔断丝恢复为低阻状态, 从而完成对电路的保护, 无须人工更换。
从以上自恢复熔断丝的原理可以看出, 当电路发生过流时, 可能存在大量热量的产生, 由于ECU通常安装在相对封闭的空间内, 热量无法快速消散, 因此可能会对ECU其他电路的工作产生影响,再加上自恢复熔断丝存在不好安装及精度不高的问题, 因此ECU过流保护电路通常不选用这种方案。
图4为一种闭环电流采样控制保护电路, T1用来检测负载电流IL, 采样电阻R1产生成比例的电压。电流过载发生时, 电容C1充电电压会增加到稳压二极管Z1的导通电压, 此时三极管Q1导通, 集电极输出信号关闭后续电路的控制级, 从而切断电源电路的工作。 类似过流保护电路设计时, 需要注意变压器的设计选型, 由于车用ECU对成本的要求越来越高, 此电路设计成本较高, 且占用ECU体积大, 目前在ECU上采用较少。
综上, 我们似乎没有非常完美的过流保护电路方案, 幸运的是目前世界上一些著名半导体公司都提供带有过流自动保护的电路控制芯片。 比如美国国家半导体公司的汽车DC/DC控制芯片, 德国英飞凌公司的汽车级LDO电源处理芯片, 这些芯片都能提供过流自动保护功能。 因此在ECU电源电路设计时, 尽量选用类似集成芯片作为电路核心元件, 这些芯片通常都经过汽车等级的测试, 可以放心采用。
2.4 共模抑制电路设计
ECU电源系统电路通常采用共模扼流圈设计共模抑制电路。 共模扼流圈, 也叫共模电感 (Com-mon mode Choke), 是在一个闭合磁环上对称绕制方向相反、 匝数相同的线圈。 理想的共模扼流圈对共模干扰具有抑制作用, 而对差模干扰无电感抑制作用。 信号电流或电源电流在2个绕组中流过时方向相反, 产生的磁通量相互抵消, 扼流圈呈现低阻抗。 共模噪声电流 (包括地环路引起的骚扰电流,也称作纵向电流) 流经2个绕组时方向相同, 产生的磁通量同向相加, 扼流圈呈现高阻抗, 从而起到抑制共模噪声的作用。 汽车上各种电子设备越来越多, ECU电磁兼容性能设计非常重要。 在电源电路设计时, 采用共模扼流圈能够有效地消除共模干扰, 提高ECU电磁兼容性能。
目前一些著名的无源器件生产厂家均提供ECU专用的电源系统电路共模扼流圈, 比如TDK公司的ACM-V系列主要用于ECU电源线设计, 外形如图5所示。
TDK公司提供的这种共模扼流圈通过专用磁芯设计而成的方形闭磁路磁芯, 在保持原有特性的同时实现了小型化, 便于安装。 同时具有高阻抗特性, 可发挥优异的共模噪声抑制效果, 最大电流可高达8A。
2.5 滤波电路设计
共轨系统ECU电源电路的输入是从汽车蓄电池直接引入的。 由于汽车上所有电子设备都共用这一个电源, 其他电子设备的干扰可能通过电源耦合到ECU。 另外, 车用蓄电池的电源高频干扰、 汽车电机的启动停止以及负载的突然变化均会将干扰带入ECU。 在设计电源处理电路时必须设计滤波电路来滤除这些干扰。 通常采用∏形滤波电路设计串联在电源处理回路中, 主要对差模干扰起到抑制作用, 图6 为基本的 ∏ 形滤波电路。
在实际的∏形滤波电路设计时, 需要根据ECU实际使用需求进行电感L及电容C1和C2的参数选择,电容C3根据负载功率的大小调整容值及耐压参数。