面向48V汽车系统的高可靠性ORing方案设计

随着48V电气子系统在混合动力及电动车辆（HEV/EV）中的广泛应用，传统12V架构正逐步演进为双电压平台。48V系统可显著提升功率传输效率、降低线束损耗并延长续航，同时也推动车辆配电架构从集中式向区域化架构转型。在此背景下，区域控制模块常需通过多路电源冗余供电以保障关键负载的持续运行——这使得ORing电路成为48V配电设计中的关键技术节点。

然而，现有德州仪器理想二极管控制器（如LM74700D-Q1）的绝对最大电压额定值通常仅为72V，在应对48V系统中的反向极性故障或LV148标准规定的70V/40ms负载突降瞬态时，面临严峻挑战。

关键挑战分析

挑战一：反向电源故障下的高压应力

当主电源（VIN1）发生反极性故障（如–54V），辅助48V电源（VIN2 ≈ 54V）将通过ORing路径为负载供电。此时，单级理想二极管结构中MOSFET两端可能承受高达108V的电压差，远超控制器75V的绝对最大额定值，并迫使设计者选用120V MOSFET——这类器件成本高、供货受限，且导通损耗较大。

挑战二：满足LV148瞬态规范

根据ISO 21780与LV148标准，48V系统需耐受70V持续40–100ms的过压事件。TVS或齐纳钳位在此类高能量瞬态下效率低下，因此直接连接48V总线的IC必须具备>70V的耐压能力。而现有72V额定器件仅提供微弱裕度，难以兼顾长期可靠性与制造公差。

级联理想二极管解决方案

为解决上述问题，推荐采用两级级联理想二极管配置（图1），使用两个LM74700D-Q1控制器分别驱动串联MOSFET Q1与Q2。

图1

该拓扑的核心优势在于：

电压分担：在反向极性或热插拔等故障条件下，Q1与Q2自动均分电压，每管承受≤54V，使60V MOSFET（如RDS(on) = 4–12.5mΩ @5A）成为可行选择；

内置均衡机制：通过阴极钳位齐纳二极管（DZ1/DZ2，推荐62V型号如BZX84J-B62）确保两控制器阴极-阳极电压始终低于75V；

瞬态钳位网络：在IC接地路径加入由PNP晶体管Q3、齐纳DC和阻断二极管DB构成的动态钳位电路。当VIN出现70V瞬态时，该网络将IC阳极对地电压钳位至≈62V，有效保护控制器。

关键元件选型建议

MOSFET Q1/Q2：60V VDS(max)，±20V VGS(max)，RDS(on) 控制在标称电流下产生20–50mV压降；

齐纳二极管 DZ1/DZ2/DC：62V击穿电压，确保控制器工作在安全范围内；

阻断二极管 DB：≥60V反向耐压（如NSR0170P2T5G）；

偏置电阻 RZ1/RZ2：1–2kΩ；RB：10–47kΩ；

PNP晶体管 Q3：VCEO > (70V – 62V) = 8V，静态电流能力>1mA（如BC857-Q）。

实测波形（图2）验证：在–54V反接或70V负载突降条件下，MOSFET电压均衡良好，IC引脚电压始终处于安全窗口。

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