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汽車EMC之7637-2拋負(fù)載脈沖試驗解析（一） 作者：雷卯胡光亮 一、7637-2中波形5A的測試標(biāo)準(zhǔn)。 波形5是模擬拋負(fù)載瞬態(tài)現(xiàn)象,在斷開電池（虧電狀態(tài)）的同時，交流發(fā)電機正在產(chǎn)生充電電流，而發(fā)電機電路上仍有其它負(fù)載時產(chǎn)生的瞬態(tài)，未斷開時發(fā)電機的線圈內(nèi)的的電流較大，斷開時候突然電流變小，產(chǎn)生反動勢；拋負(fù)載可能產(chǎn)生的原因是：因電纜腐蝕、接觸不良或發(fā)動機正在運轉(zhuǎn)時，斷開與電池的連接。 波形5脈沖的幅度較高（100-200V,相對于系統(tǒng)電源電壓來說，這已經(jīng)算是高電壓了）、寬度較大(達(dá)幾百毫秒)、內(nèi)阻又極低（幾歐姆，甚至零點幾歐姆），所以在ISO7637-2標(biāo)準(zhǔn)里，P5脈沖屬于能量比較大的脈沖。除了考核被試設(shè)備在P5作用下的抗干擾能力外，在當(dāng)前程度上還在考核它對設(shè)備元器件的破壞性。 雷卯電子針對12V系統(tǒng)做下簡單的標(biāo)準(zhǔn)分析，其實這個標(biāo)準(zhǔn)兼容了一個很寬泛的值，如果終端客戶說需要通過5A的測試，我們有必要在問一句：“請問，需要通過哪個具體的指標(biāo)？” 在此我對波形的幾個具體參數(shù)做個簡單的解釋， 1.首先第一個參數(shù)是Us，測試范圍是65V-87V，這是儀器施加在電路上的電壓，并不包括產(chǎn)品的供電電壓，具體的供電電壓，可以看標(biāo)準(zhǔn)文件，一般我們選用13.5V的電壓，所以實驗室電路上的電壓，可能是100V，這點在設(shè)計時是需要考慮的。 2.第二個測試參數(shù)Ri =0.5Ω-4Ω，這是一個系統(tǒng)內(nèi)阻指標(biāo)。 它的具體數(shù)值主要取決于發(fā)電機的轉(zhuǎn)速和勵磁電流，這對于我們做板卡的客戶來講，是比較難拿到整車廠的關(guān)于發(fā)電機的電氣參數(shù)的，可以直接問客戶要到這個內(nèi)阻的指標(biāo)。 雷卯電子專注于電路保護(hù)，所以有必要強調(diào)下我們在實驗室測試時，對內(nèi)阻指標(biāo)的非常關(guān)注，我們可以從以下的公式中，看到Ri這個測試指標(biāo)對產(chǎn)品測試的重要性。做通過5A的測試，必須對整個電路進(jìn)行箝位保護(hù)，箝位保護(hù)時會在旁路通過尖峰電流Ipp，峰值鉗位電流的計算公式： IPP= （Vin– Vc） ⁄ Ri IPP： 峰值鉗位電流 Vin： 輸入電壓 Vc： 鉗位電壓 Ri： 線路阻抗 通過這個公式，假如內(nèi)阻是0.5Ω和內(nèi)阻是4Ω時，對比的電流是相差有8倍的能量，所以內(nèi)阻做低，對電路保護(hù)的要求更加苛刻。 3.第三個指標(biāo)是Td，是指脈沖寬度 Td=40ms -400ms。 這個波形寬度這就是汽車電子不同于工業(yè)產(chǎn)品的比較特殊的地方，工業(yè)品，消費品測試一般參考測試波形是10/1000us或8/20us的測試波形，1ms=1000us，所以汽車電子拋負(fù)載的能量，持續(xù)時間可想而知是同樣電壓的工業(yè)品測試的100倍。 二、7637-2 P5A保護(hù)設(shè)計方案 我們知道了P5A測試的各個參數(shù)定義和每個指標(biāo)對整個測試結(jié)果的影響之后，就可以設(shè)計保護(hù)電路，應(yīng)對客戶的測試了。 我們要再次強調(diào)的是，拋負(fù)載P5A測試不通過的主要現(xiàn)象，都是電源芯片DC-DC被擊穿，所以設(shè)計思路還是對電源芯片的保護(hù)。 在客戶設(shè)計電路之前，我們經(jīng)常要問客戶要到DC-DC的產(chǎn)品規(guī)格書，這對于設(shè)計保護(hù)電路提供很好的選型依據(jù)，我們需要了解DC-DC轉(zhuǎn)換器的最大輸入電壓。 確保Vc小于這個最大電壓。 電路設(shè)計其實比較比較簡單，一般分為一級保護(hù)和二級保護(hù)，二級保護(hù)常用于24V系統(tǒng)的總成中，因為其電源芯片的保護(hù)電壓較低，需做限流和二次降壓，可靠保護(hù)芯片。 三、如何選用正確的TVS TVS器件是過壓保護(hù)的專業(yè)器件，反應(yīng)速度快，而且是基于硅芯片的二極管，所以可以持續(xù)承受多次沖擊但性能不會劣化。所以汽車電源口選擇合適的TVS器件是可以順利通過7637-2 P5A的測試。 我們看下TVS的參數(shù)和特性曲線： 擊穿電壓(VBR) 擊穿電壓是器件進(jìn)入雪崩擊穿的電壓，在數(shù)據(jù)表上的特定電流條件下對其進(jìn)行測試 最大擊穿電壓(VC) 在特定的峰值脈沖電流定額下，TVS上會出現(xiàn)鉗位電壓。TVS的擊穿電壓在非常小的電流下測得(例如1mA或10mA)，它不同于應(yīng)用條件下的實際雪崩電壓。因此，在一般TVS規(guī)格書中有1A電流時的箝位電壓和最大承受電流時的箝位電壓Vc。 反向工作電壓(VRWM)： 最大反向工作電壓指的是TVS在未擊穿情況下所能承受的最高電壓，一般是電路中的正常工作電壓值，當(dāng)電路中電壓大于Vrwm時，系統(tǒng)認(rèn)為是非正常的電壓，一旦接近VBR ,則二極管就會反向?qū)ǎM(jìn)入工作狀態(tài)。 根據(jù)之前的能量公式： IPP= （Vin– Vc） ⁄ Ri 我們可以從測試要求查詢到Vin 和Ri，從后端電源芯片最大承受電壓查詢到Vc,所以可以初步估計到Ipp的大小。 但是要注意的是所有廠家TVS的數(shù)據(jù)表中Ipp是基于10/1000us波形的數(shù)據(jù)，而我們實際的波形是拋負(fù)載400ms的電壓波形，所以，選型TVS的電壓和電流值，都是借鑒這個表格參考的，找到符合要求的型號進(jìn)行測試，需要注意的是根據(jù)波寬時間的變長，對產(chǎn)品的功率要求會有很大的提高。在此我列舉部分經(jīng)驗積累數(shù)據(jù)，僅供參考。 |
