Автомобильный проект (требования к электрическим частям)

Это действительно зависит от того, что вы собираетесь делать и где будет жить устройство.

Если это одноразовая плата, и вы собираетесь установить ее под приборной панелью, то, скорее всего, вы можете не беспокоиться о компонентах автомобильного/промышленного температурного диапазона и прикрепить RBO40 к своей плате с большим электролитическим конденсатором за ней. (пару сотен мкФ) и подать это на ваш обычный LDO, и вы будете защищены от переполюсовки батареи, сбросов нагрузки, быстрых переходных процессов и т. д.

Если это что-то происходит под капотом, читайте дальше. :)

Во-первых, и самое главное, возьмите лист бумаги и запишите свои цели для этого устройства. Если вы не знакомы или не имеете опыта в области электротехники, ваша работа будет достаточно хорошо организована для вас, чтобы правильно спроектировать автомобильное устройство, и последнее, что вам нужно, это расползание функций. Составьте список того, что вы хотите, и придерживайтесь его для первой итерации.

Теперь, когда вы перечислили все, что вам нужно для первого прохода вашего устройства, вот реальность. Автомобильная среда жесткая. К тому же люди тупые. Есть тепло, вибрация, излучаемые и кондуктивные электромагнитные помехи, и это лишь некоторые из них. Это означает, что вам понадобятся детали с правильным температурным диапазоном. Вам нужно будет рассмотреть защиту от электромагнитных помех / электростатических разрядов на входных и выходных линиях. Вам нужно будет предусмотреть защиту от перенапряжения на линиях, которые люди могут подключить неправильно. Вам придется учитывать вибрацию, если у вас есть пассивные фильтры в аналоговой секции. Вот несколько общих советов, которые я получил, работая (еще не закончив :P) над двумя автомобильными устройствами:

Детали автомобильного класса

Самый простой способ получить детали, которые не испортятся в автомобильной среде, — это приобрести компоненты автомобильного класса. Вы действительно будете смотреть на это только для полупроводников. Обычно они предназначены для более высоких температурных диапазонов: от -40 ° C до 125 ° C является наиболее распространенным. Качество автомобильного класса, которое может соответствовать требованиям AEC-Q100 (если так, то это хороший знак), означает, что детали были изготовлены в соответствии с процессом, обеспечивающим более низкий уровень брака. Я не совсем уверен, видел ли я когда-либо пассивные устройства, сертифицированные по стандарту AECQ100 (или выше), но в большинстве случаев я просто удостоверяюсь, что они предназначены для тех же температурных диапазонов или выше. Большое предостережение здесь заключается в том, что конденсаторы могут иметь широко варьирующуюся емкость во всем диапазоне температур (и при этом диапазоне напряжений) ...

Самый простой способ определить эти детали — обычно смотреть на номер детали. Для деталей TI / National они обозначают детали автомобильного класса с буквой Q в названии. Например, вы увидите детали TI, которые выглядят как XXX1234-Q1. Q1 является показателем того, что это автомобильный класс. Другие производители, такие как ON Semiconductor, указывают в параметрическом поиске, соответствует ли деталь требованиям AEC-Q100, чтобы это было ясно видно. Он немного различается между производителями, но поиск «Q» в конце номера детали или «AEC-Q100» — это быстрый способ мысленно отфильтровать детали.

Защита от электромагнитных помех/статических разрядов

У автомобильных устройств есть входы, от этого никуда не деться. :) Вам приходится иметь дело не только с кондуктивными электромагнитными помехами от нескольких электронных подсистем в автомобиле, но также с потенциальными электростатическими разрядами, когда пользователь устанавливает устройство или даже прикасается к нему после установки. Электростатический разряд может сжечь контакты микроконтроллера, контакты АЦП и т. д., что может привести к очень плохому дню. :)

Самый простой способ справиться с этим — использовать RC-фильтр и/или диод ESD. Один из наших замечательных инженеров, Дэвид Кесснер, дал мне личную рекомендацию по защите от электростатического разряда с помощью RC-фильтра: резистор 50 Ом и конденсатор 2,7 нФ, с резистором между разъемом и конденсатором. Это также потенциально обеспечит вам некоторую защиту от электромагнитных помех, но вам необходимо проанализировать тип сигналов, которые у вас есть, и соответствующим образом отфильтровать их. Есть также диоды ESD, если вы немного осторожны и не против потратить несколько лишних копеек на защиту сигнала. Я бы порекомендовал сделать это. Это дешевая страховка.

Защита источника питания (перегрузка по току, сбросы нагрузки, переполюсовка батареи, быстрые переходные процессы и т. д.)

Люди неправильно подключат провода питания. Люди ошибаются, это неизбежно. Вам нужна защита от обратной батареи. Некоторые регулирующие органы дают вам это бесплатно, но опять же... дешевая страховка в моих глазах. :)

Вам также понадобится предохранитель, желательно самовосстанавливающийся. Их обычно называют предохранителями PTC. Случаются ситуации с перегрузкой по току, и вы не хотите, чтобы ваша схема плохо себя вела и поджаривалась. Дешевая страховка.

Дампы нагрузки поначалу меня сильно пугали... но когда вы оглядываетесь вокруг, все вроде как справляются с ними одинаково и быстро переходят к другой проблеме. Самое простое, что здесь можно сделать, это наклеить на плату толстый TVS-диод. Некоторые регуляторы либо могут нормально справляться с пиковым напряжением от сброса нагрузки, либо имеют встроенную защиту от сброса нагрузки. Опять же, для меня ... диоды TVS - дешевая страховка. Основная идея заключается в том, что когда входное напряжение превышает напряжение пробоя диода, диод начинает проводить на землю, эффективно ограничивая ситуацию перенапряжения. Поскольку теоретически за дампами нагрузки стоит много энергии, это равносильно тому, чтобы прикрепить к вашей плате womper TVS для правильной обработки дампов нагрузки. Я использую СМДЖсерия от Литтельфьюз. Это большой размер SMC. Однако они рассчитаны на большую мощность.

Еще одна хорошая идея — установить емкость на несколько сотен пикофарад рядом с разъемом на линии электропередачи для поглощения быстрых переходных процессов. Убедитесь, что ваши конденсаторы имеют правильный номинал (200 В — это разумное номинальное напряжение), и вы будете золотыми. Это тип переходных процессов, которые вы увидите при включении и выключении стеклоочистителей и т. д. Они могут быть в диапазоне 100–200 В, но последовательное сопротивление и последовательная индуктивность в вашей проводке помогут смягчить их, а ваша емкость вблизи разъем тоже помогает.

Критические фильтры в аналоговых секциях

Если вы выполняете какую-либо аналоговую работу и используете пассивные фильтры (RC, LC и т. д.), вам следует учитывать вибрацию. Самый распространенный диэлектрик керамических конденсаторов, X7R, подвержен микрофонному эффекту. Что такое микрофон, спросите вы? Конденсаторы становятся пьезоэлектрическими. Это означает, что они преобразуют вибрацию в напряжение... как микрофон. В аналоговой схеме это явно не то, что вам нужно. Решение здесь состоит в том, чтобы переключиться с конденсаторов X7R на конденсаторы C0G. Они используют другой диэлектрик и не подвержены микрофонному эффекту. Победа!

Это ни в коем случае не исчерпывающий список, а скорее «помните об этом при проектировании». Что касается ваших личных требований, вот мои мысли:

Ваши требования к мощности невелики, но, к сожалению, вы все еще подвержены большому рассеиванию мощности при использовании обычного линейного регулятора. Пора переходить к импульсным регуляторам.

К счастью, ваши текущие требования достаточно малы, чтобы вы могли использовать резервный модуль питания, например серию Murata OKI . Они имеют посадочное место, совместимое по выводам с классическими регуляторами серии 78XX, и обеспечат вам гораздо большую эффективность, и, в свою очередь, вам не придется беспокоиться о рассеиваемой мощности. Эта конкретная деталь не рассчитана на типичный диапазон автомобильных температур (доходит только до 85 градусов по Цельсию), но это скорее намек, чем конкретный ответ. Вы можете использовать один из этих модулей, чтобы получить питание 5 В, а затем использовать обычный дешевый LDO на плате, чтобы получить 3,3 В. Это больше тока, чем вам нужно, но самое главное, что это довольно дешево и позволяет вам почти полностью забыть о необходимости иметь дело с рассеиванием мощности. Меньше выделяемого тепла = выше надежность.

Теперь линия 12 В... тут сложнее. Если вам нужны стабильные 12 В, то вам, очевидно, понадобится регулятор. К сожалению, ваши текущие требования снова делают рассеивание мощности проблемой для базовых линейных регуляторов. Если бы вы могли позволить себе прикрутить регулятор к корпусу (он должен быть металлическим), чтобы помочь с теплоотводом ... это могло бы сработать. Конечно, другой вопрос: вам нужны регулируемые 12 В или вы просто питаете что-то, что можно подключить напрямую к аккумулятору автомобиля? Если бы он мог быть подключен напрямую, вы могли бы не регулировать мощность, и эта проблема исчезла бы.

После того, как вы позаботитесь о неприятных пиках, остальная часть схемы не должна быть электрически специального автомобильного класса. Экстремальные температуры все еще применяются, но вы можете знать, что не собираетесь парковать машину на полном солнце весь день в июле в Юме или что вы не ожидаете, что она заведется в 4:00 утра в середине января в Йеллоунайф.

Если единственным соединением с автомобилем является линия «12 В» и заземление, то для этого подойдет один правильный автомобильный регулятор. После этого у вас есть хорошие и чистые 12 В, и остальная часть схемы не должна беспокоиться ни о чем, кроме этого.

Похоже, вам нужна большая часть вашего тока при 12 В. Это будет нормально, если вы ожидаете, что это устройство будет работать только при включенном двигателе. Номинальное напряжение «12 В» тогда составляет около 13,6 В, поэтому регулятор на 12 В должен дать вам хорошие и чистые 12 В. Проверьте падение напряжения регулятора, чтобы увидеть, какое напряжение автомобиля должно быть, чтобы получить 12 В. Обратите внимание, что просто батарея без работающего двигателя, вероятно, не обеспечит достаточного напряжения. Во время запуска напряжение будет падать еще больше. Если вам нужно, чтобы это устройство работало в это время, то простой линейный регулятор на 12 В не подойдет.