Proyecto de Automóvil (Requisito de Partes Eléctricas)

Realmente depende de lo que vaya a hacer y de dónde residirá el dispositivo.

Si se trata de una placa única y la va a montar debajo del tablero, lo más probable es que no tenga que preocuparse por los componentes del rango de temperatura automotriz/industrial y coloque un RBO40 en su placa, con un gran condensador electrolítico detrás. (un par de cientos de uF) y aliméntelo a su LDO normal, y estará protegido contra la batería inversa, los volcados de carga, los transitorios rápidos, etc.

Si esto es algo que sucede bajo el capó, sigue leyendo. :)

En primer lugar, y lo más importante, tome una hoja de papel y escriba sus objetivos para este dispositivo. Si no está familiarizado o no tiene experiencia con la ingeniería eléctrica, va a tener su trabajo lo suficientemente bien establecido para diseñar correctamente un dispositivo automotriz, y lo último que desea es una característica lenta. Haz una lista de lo que quieres y apégate a ella en tu primera iteración.

Ahora que ha enumerado todo lo que desea para la primera pasada de su dispositivo, esta es la realidad. El entorno del automóvil es duro. Además, la gente es tonta. Hay calor, vibración, EMI radiada y conducida solo por nombrar algunas cosas. Esto significa que necesitará piezas de rango de temperatura adecuadas. Deberá considerar la protección EMI/ESD en las líneas de entrada y salida. Deberá considerar la protección contra sobretensiones en las líneas que las personas podrían conectar incorrectamente. Tendrás que considerar la vibración si tienes filtros pasivos en una sección analógica. Aquí hay algunos consejos genéricos que aprendí trabajando en dos dispositivos automotrices (aún no terminados: P):

Piezas de grado automotriz

La forma más fácil de obtener piezas que no se estropearán en el entorno automotriz es obtener componentes de grado automotriz. Realmente solo mirarás esto para semiconductores. Por lo general, se especifican para rangos de temperatura más altos: -40 ° C a 125 ° C es el más común. La calidad de grado automotriz, que podría tener la calificación AEC-Q100 (si es así, es una buena señal) significa que las piezas se han construido bajo un proceso que garantiza tasas de defectos más bajas. No estoy del todo seguro si alguna vez he visto pasivos con certificación AECQ100 (o superior), pero muchas veces simplemente me aseguro de que estén especificados para los mismos rangos de temperatura o más. Una gran advertencia aquí es que los condensadores pueden tener una capacitancia muy variable en todo su rango de temperatura (y rango de voltaje, además)...

La forma más fácil de detectar estas piezas es, por lo general, mirar el número de pieza. Para piezas de TI/National, indican piezas de grado automotriz con una Q en el nombre. Por ejemplo, verá piezas de TI que se parecen a XXX1234-Q1. El Q1 es el indicador de que es de grado automotriz. Otros fabricantes, como ON Semiconductor, indican en su búsqueda paramétrica si la pieza está calificada para AEC-Q100, por lo que es fácil de ver. Difiere un poco entre los fabricantes, pero buscar una "Q" al final de un número de pieza o "AEC-Q100" es una forma rápida de filtrar mentalmente las piezas.

Protección EMI/ESD

Los dispositivos automotrices tienen entradas, no hay forma de evitarlo. :) No solo tiene que lidiar con EMI conducida de los múltiples subsistemas electrónicos en el vehículo, sino que también tiene que lidiar con ESD potencial cuando el usuario instala el dispositivo o incluso lo toca una vez instalado. ESD puede quemar los pines del microcontrolador, los pines del ADC, etc., y hacer que tenga un mal día. :)

La forma más sencilla de lidiar con esto es usar un filtro RC y/o un diodo ESD. Uno de nuestros increíbles EE aquí, David Kessner, me dio su recomendación personal para la protección ESD a través de un filtro RC: resistencia de 50 ohmios y capacitor de 2.7nF, con la resistencia entre el conector y el capacitor. Esto también le brindará potencialmente cierta protección EMI, pero debe analizar el tipo de señales que tiene y filtrarlas en consecuencia. También hay diodos ESD si eres un poco cauteloso y no te importa gastar unos centavos extra para proteger una señal. Yo recomendaría hacerlo. Es un seguro barato.

Protección de la fuente de alimentación (sobrecorriente, volcados de carga, batería inversa, transitorios rápidos, etc.)

La gente conectará mal los cables de alimentación. La gente comete errores, es inevitable. Necesita protección de batería inversa. Algunos reguladores te dan esto gratis, pero de nuevo... un seguro barato en mis ojos. :)

También querrá un fusible, preferiblemente un fusible reiniciable. Estos son comúnmente llamados fusibles PTC. Las situaciones de sobrecorriente ocurren y no desea que su circuito se comporte mal y se tueste. Seguro barato.

Los volcados de carga me asustaron mucho al principio... pero cuando miras a tu alrededor, todos los manejan de la misma manera y rápidamente pasan a otro problema. Lo más fácil de hacer aquí es colocar un diodo TVS grueso en su placa. Algunos reguladores podrán manejar el voltaje máximo de un volcado de carga normalmente o tendrán protección integrada para volcados de carga. Nuevamente, para mí ... los diodos TVS son un seguro barato. La idea básica es que cuando el voltaje de entrada excede el voltaje de ruptura del diodo, el diodo comienza a conducir a tierra, bloqueando efectivamente esa situación de sobrevoltaje. Debido a que, en teoría, los volcados de carga tienen mucha energía detrás de ellos, esto equivale a colocar un TVS womper en su placa para manejar los volcados de carga correctamente. Yo uso el SMDJSerie de Littelfuse. Estos son de huella SMC y grandes. Sin embargo, están clasificados para tomar mucha energía.

Otra buena idea es colocar unos cientos de picofaradios de capacitancia cerca del conector de la línea de alimentación para absorber transitorios rápidos. Asegúrese de que sus condensadores tengan la clasificación adecuada (200 V es una clasificación de voltaje inteligente para acompañar aquí) y estará dorado. Este es el tipo de transitorios que verá cuando encienda y apague los limpiaparabrisas, etc. Pueden estar en el rango de 100 - 200 V, pero la resistencia en serie y la inductancia en serie en su cableado ayudarán a atenuarlos y su capacitancia cerca del El conector también ayuda.

Filtros críticos en secciones analógicas

Si está haciendo un trabajo analógico y tiene filtros pasivos (RC, LC, etc.), entonces una cosa que debe considerar es la vibración. Su dieléctrico más común de capacitores cerámicos, X7R, está sujeto a microfonía. ¿Qué es la microfonía, preguntas? Los condensadores se vuelven piezoeléctricos. Esto significa que convierten la vibración en voltaje... como un micrófono. En un circuito analógico, esto obviamente no es lo que quieres. La solución aquí es cambiar de condensadores X7R a C0G. Usan un dieléctrico diferente y no están sujetos a microfonía. ¡Victoria!

Ahora bien, esta no es una lista exhaustiva, sino más bien "tenga esto en cuenta al diseñar". En cuanto a sus requisitos personales, aquí están mis pensamientos:

Sus requisitos de energía son pequeños, pero desafortunadamente, todavía está sujeto a una gran disipación de energía siguiendo la ruta normal del regulador lineal. Es hora de pasar a los reguladores de conmutación.

Afortunadamente, sus requisitos actuales son lo suficientemente pequeños como para usar un módulo de alimentación auxiliar, como la serie OKI de Murata . Estos tienen una huella compatible con pines con los reguladores clásicos de la serie 78XX y le brindarán una eficiencia mucho mejor y, a su vez, no tendrá que preocuparse por la disipación de energía. Esta parte en particular no está clasificada para el rango de temperatura típico de un automóvil (solo sube a 85 grados C), pero esto es más una pista que una respuesta específica. Puede usar uno de estos módulos para obtener una potencia de 5 V y luego usar un LDO normal y económico en la placa para obtener 3,3 V. Es más actual de lo que necesita, pero la parte más importante es que es bastante económico y le permite olvidarse casi por completo de tener que lidiar con la disipación de energía. Menos calor generado = mejor para la confiabilidad.

Ahora, la línea de 12V... esto es más complicado. Si necesita 12 V estables, obviamente necesitará un regulador. Desafortunadamente, sus requisitos actuales vuelven a hacer que la disipación de energía sea un problema con los reguladores lineales básicos. Si pudiera permitirse el lujo de atornillar el regulador a la caja (tendría que ser de metal) para ayudar con el disipador de calor... podría funcionar. Por supuesto, la otra pregunta es... ¿necesita 12V regulados o simplemente está alimentando algo que podría conectarse directamente a la batería del vehículo? Si pudiera conectarse directamente, podría evitar tener que regular la energía y ese problema desaparecería.

Una vez que se ocupe de los picos desagradables, el resto del circuito no necesita ser de grado automotriz especial eléctricamente. Todavía se aplican temperaturas extremas, pero es posible que sepa que no va a estacionar el automóvil a pleno sol todo el día en julio en Yuma, o que no esperará que arranque a las 4:00 de la mañana a mediados de enero en cuchillo amarillo.

Si la única conexión al automóvil es la línea y tierra de "12 V", entonces un regulador automotriz adecuado lo hará. Después de eso, tienes 12 V buenos y limpios, y el resto del circuito no tiene que preocuparse por nada más que eso.

Parece que desea que la mayor parte de su corriente sea de 12 V. Eso estará bien siempre que espere que este dispositivo funcione solo cuando el motor esté encendido. El voltaje nominal de "12 V" es de alrededor de 13,6 V, por lo que debería ser posible que un regulador de 12 V le proporcione 12 V agradables y limpios. Verifique el voltaje de caída del regulador para ver cuál debe ser el voltaje del automóvil para obtener 12 V. Tenga en cuenta que solo la batería sin el motor en marcha probablemente no suministre suficiente voltaje. Durante el arranque, el voltaje caerá aún más. Si necesita que este dispositivo funcione durante esos momentos, entonces el simple regulador lineal de 12 V no lo hará.