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汽車電子電源保護:我不是一顆“芯”在戰斗!

來源: 發布時間:2017-08-24 13:03:08 次瀏覽
我國對汽車EMC的要求越來越規范和嚴格,普通單芯片的TVS保護已經不能滿足車廠的要求,所以雷卯電子推出汽車級,雙芯片,三芯片TVS,主要應對7637拋負載的測試保護。
 
一、電源危害類型
這種電氣應力威脅主要參考ISO 7637-2和ISO 10605標準。
 
圖1顯示了主要供電電壓瞬變形式的圖示。
 
圖1:供電線上的各種浪涌波形
 
 “6 V Crank”是由汽車起動引起的。暫降的能量需發動機使電源電壓下降到6 V。
“87V Load dump”拋負載是由于放電電池與發電機斷開而引起的,當交流發電機產生充電電流時,這個瞬變可以持續400毫秒,而等效發電機內阻被指定為最低0.5Ω至最大4Ω。
 
“+ 150 - 220 V Spikes”是由于點火系統點燃汽油混合物必須的電壓,這個尖峰的頻率取決于發動機的轉速和氣缸數。
 
“24 V Jump start”的結果是臨時應用過電壓超過了電池電壓,電路電源可能遭受暫時過電壓。由于調節器失靈或故意產生時就有必要提高條件啟動汽車。在這種情況下,部分汽車修理時采用24伏電池跳啟動汽車,汽車規格要求支持這種過電壓應用持續60秒。
 
“Reverse battery”是電池反轉的結果。系統必須能承受由于電池極性接反產品的反電壓。
 
“25KV ESD Spikes”是靜電放電(ESD)的結果。
 
所有這些電壓波動都可能通過傳導或輻射危害電子產品的正常使用。
 
最有威脅的電壓瞬變是由拋負載和跳啟動引起的電壓瞬變,但所有其他危害都可能影響電子模塊的正常運行。
 
二、電源危害保護
針對電路上產生的種種威脅,如何做到有效的保護而又不影響行車供電,需要在電路的電源側做一些保護措施。
 
市面上做汽車電子產品的客戶越來越多,由于不熟悉標準,或者沒有汽車電源保護設計方面的經驗,使得產品在可靠性實驗室屢次測試失敗或裝在整車上總是經常失效,引起我們的關注。
 
所以有必要推廣一些可靠的方案來讓大家的電路更安全,高效。
 
從圖1的波形圖看出,電氣危害的能量其實就是豎坐標波形幅度和橫坐標波形寬度的占比,
 
所以容易看出,87V load dump是威脅最大的一個測試項目,這個項目常常稱作ISO7637-2 P5A,或者ISO16750 PUSLE A。
 
對于超標的波形,有很多種方案可以選用:
1、直接關斷
 
2、電壓抑制
 
各種方法都有采用的場合:
 
直接關斷:是保護后端設備最有效而且最直接的辦法,若該汽車電子產品是車上可有可無的產品,允許對其斷電,則可以采用第1種保護措施,這種措施一般是采用高耐壓的MOS管取樣開關。
 
電壓抑制:這種方案多用于汽車關鍵部件,因為需持續供電,保證供電端的電壓存在。
第2種保護措施是目前整車廠比較認可的方案,其電路圖如下圖2:
 
圖2:拋負載保護方案
 
雷卯電子汽車級Power TVS顧名思義,是高功率的TVS,通流量大,箝位電壓低,所以特別適用于汽車電子的電源保護。
 
圖3示意了電路設置TVS前后的浪涌電壓和電流波形的對比。
 
Vs=100V  表示的是原12V 系統的測試電壓,一般為100V=87+13;
 
Vcl=36.5V 表示增加了TVS后端電路的電壓曲線,看得出電壓得到有效的抑制,確保后端芯片不會損壞;
 
Ip=125A 表示通過TVS的瞬時大電流達到125A,因為TVS器件的導通,大電流的流過,使得非常強的浪涌得到泄放,電路安全。
 
Tj 表示了,經過每次波形測試后,器件、板卡的溫度有增加。
 
圖3: 電路設置TVS前后波形圖
 
三、需要什么級別的TVS
從專業角度,大家知道汽車電子分為12V 系統和24V 系統,具體理解為12V系統用于乘用小汽車,而24V系統則用于大客車、貨車、特種車。
 
這2套系統的測試指標和級別各不相同,故分類說明。
 
我國對汽車EMC的要求越來越規范和嚴格,普通單芯片的TVS保護已經不能滿足車廠的要求,所以雷卯推出汽車級,雙芯片,三芯片TVS,主要應對7637拋負載的測試保護。
 
針對12V系統,根據各大整車廠的內部標準,我們測試了以下各種雙芯片、三芯片的TVS產品應用。
 
表一 12V系統TVS測試通過表
 
表二 24V系統TVS測試通過表
 
 
四、測試儀器如何設置
7637測試儀器各式各樣,但是要關注測試指標非常重要,示波器設置好對應的電壓和電流,可以抓取到波形。
 
 
圖4: 拋負載參數設置界面圖
 
圖5: 示波器波形圖
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