以文会友+高边开关恒流启动

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高边开关做恒流启动

高边开关在汽车上的应用十分广泛，常见的有用于车灯，加热系统，车身控制模块，座椅控制，车身控制模块包含天窗水泵等等，ST官网给出了车身控制模块的系统框图，如下图1所示。

 

 

图1：车身控制模块框图

看到框图中绝大多数都是各种电机，驱动直流电机详情可以看直流电机学习（1），但今天主要讲的是驱动电灯泡，尽管现在的车灯基本上都用上了LED，但是还是有很多车灯用的是卤素大灯。卤素灯在电路中可以建模成图2所示。

 

 

图2：电灯泡模型

其中CIN和RIN是浪涌电容和电阻，RSPEC是电灯丝，当这个电灯泡表示为白炽灯或者卤素灯时候，这个CIN会非常大，也就是说启动时候电流会很大，启动完以后只RSPEC发热发光，需要注意的是在比较高的环境温度和比较低的环境温度时候，CIN是不相同的，TI的应用笔记SLVAF91给出了测试结果，图3，灯泡在高环境温度情况下的测试结果，图4，灯泡在低环境温度下的测试结果。

 

 

图3：灯泡在高环境温度

 

 

图4：灯泡在低环境温度

根据图3，和图4的结果可以得知，只要环境温度高，那么启动电流就可以比较小，启动电流大很有可能对高边开关造成过流保护，为了避免高边开关过流保护我想可以让高边开关先恒流输出加热一下灯泡的灯丝，最后在一下子拉起来，只要不过流就行。

于是乎为了做恒流，还是找个内部自带电流采样的高边开关，HD7008MQ就是内部带电流采样的高边开关，如HD7008MQ内部框图下图5所示。

 

 

图5：HD7008MQ内部框图

看到内部有个电流镜，Current Mirror 那么嘿嘿，就是恒流源输出，构建基本仿真电路如下图6所示。

 

 

 

图6：恒流电路

其中Q1需要换成功率比较大的三极管，可以选择达灵顿管，如果没想法可以考虑使用TIP41C这个系列的大功率管，省的找。其中F1是电流采样将电流变成比例电流输出。

R2的电流0.01倍输出到R3和Q2上面，其中D1和V2是用于箝位输出电流，因为是电流源输出如果F1N串联电阻那么那个电压会比较高，超出高边开关可以输出最大的范围，所以弄了个箝位，在这个电路上没有任何作用可以忽略。

可以把F1-N想象成高边开关的电流镜，当F1-N输出的电流足够Q2打开时候，Q1的基极电压将被拉低，导致高边的输入电压降低以减小输出电流，从而可以使高边开关不被过流保护。咱们可以驱动个容性负载仿真看看，仿真结果如下图7所示。

 

 

 

图7：仿真结果

根据仿真结果可以得知，当一开始驱动容性负载时候驱动电流比较大，但被限制在70mA左右，当容性负载的电压到达指定值以后，电流等于阻性负载上的值，咱们可以修改F1的电流镜比例去看限流值是否改变，修改后的比例为0.02输入,看到限流值大约只有原先的一半左右，如图8所示。

 

图8：修改电流镜比例后的仿真结果

仿真代码如下所示：

*#SIMETRIX
V1 V1_P 0 10 Pulse(0 15 5m 1m 1m 100m)
V2 D1_N 0 3.8
R1 V1_P Q1_B 1K
R2 R2_P C1_N 1k
R3 Q2_B 0 1K
X$F1 0 Q2_B C1_N 0 F1$TP_CCCS params: gain=20m pinnames: P N CP CN
.subckt F1$TP_CCCS 1 2 3 4
F1 1 2 V1 {gain} 
V1 3 4 0
.ends
D1 Q2_B D1_N D1N4148
Q1 V1_P Q1_B Q1_E 0 Q2N2222
Q2 Q1_B Q2_B 0 0 Q2N2222
C1 R2_P C1_N 100u IC=0 BRANCH={IF(ANALYSIS=2,1,0)} ICMODE=0
V$IPROBE1 Q1_E R2_P 0.0 
.GRAPH IPROBE1#p axisType="auto" persistence=-1 curveLabel="ILOAD" analysis="tran|ac|dc" xLog="auto" yLog="lin" nowarn=true disabled=false 
.GRAPH R2_P curveLabel= Q1-emitter nowarn=true ylog=auto xlog=auto analysis=tran|ac|dc disabled=false PROBEREF=Probe1 
.GRAPH Q2_B curveLabel= F1-N nowarn=true ylog=auto xlog=auto analysis=tran|ac|dc disabled=false PROBEREF=Probe2 
.GRAPH V1_P curveLabel= Q1-collector nowarn=true ylog=auto xlog=auto analysis=tran|ac|dc disabled=false PROBEREF=Probe3 
.tran 100m

所以如果要驱动类似灯泡的容性负载，又不想被限流保护给干了，可以考虑先使用恒流启动。

好了，今天就先聊到这里了。

 

参考文档：

Driving Bulb Loads with High Side Switches