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新型客車、卡車、公共汽車甚至摩托車都已成為移動的網絡，將眾多特征和功能連接在一起，如內置控制、移動媒體和無線網絡。信息娛樂系統、遠程信息處理、安全控制等的應用均需使用幾種現有的網絡標準，如LIN、CAN、MOST、IDB-1394、FlexRay、Byteflight 、內置控制藍牙和其他標準。 網絡應用可通過線束進行物理連接。絕大多數內置控制器、內置或接插式多媒體以及無線網絡功能通過車載電池直接供電或通過點火開關通電。不斷增多的敏感車載電子設備容易受到電氣系統本身、人為干擾或甩負荷變化的影響。 圖1中顯示了最常見的電源軌瞬態，從嚴重的低電平—高能量到高電平—低能量的瞬態變化。特別關注的是，這些電源系統上的瞬態變化應滿足ISO7637-2和ISO10605標準。 甩負荷和跨接起動產生了最具能量的瞬態。當汽車啟動時會產生6V的瞬態突變，導致電源電壓降至6V。當交流發電機產生充電電流時，充電電池與交流發電機斷開，從而產生出甩負荷。 +100/-150V的峰電位是由于電燃汽油混合物時的點火程序所產生的。峰電位的頻率決定于汽缸的數量和發到發動機的轉速。 超出電池電壓的過電壓突然變更會導致24V的跨接起動瞬態。電池顛倒瞬態是由無意的顛倒電池而產生的。 圖2顯示數據線路上產生的瞬態主要是ESD浪涌。盡管此類浪涌為低能量，但是會產生強大的電磁場。 表1列出了幾種網絡應用以及常用于防止電路損傷的泰科電子的設備。 數據線路可以包括媒體傳輸線、數據總線和傳感器數據線路，應特別注意是否符合AEC-Q和ISO 10605標準。ISO10605 ±25kV的ESD浪涌測試可應用于整個系統，并可模仿人體接觸周圍電子模塊所產生的ESD影響。AEC-Q標準注重設備強度，包括人體模型測試、機械模型測試和充電設備模型測試（AEC-Q200針對無源元件而AEC-Q101適合分立的半導體）。 避免網絡和聯接元件受上述各種過電流、過電壓或過熱情況的影響而產生損傷，對于汽車制造商和元件供應商都提出了復雜的設計要求。 LIN拓撲：電路保護措施 12V直流電情況下單線運行的總線速度達到20kbps，LIN（本地互聯網）提供低成本的車載網絡并補充了現有的車載服用網絡。LIN的典型應用包括開關、驅動器（如抬窗鎖門模塊）、調整舒適度的身體控制電子元件（如門、方向盤、座位和視鏡模塊）、以及電動機和傳感器（如恒溫空調、照明、雨刷感應器、智能雨刷、智能交流發電機和開關面板）。 LIN總線拓撲利用一臺獨立主機或ECU（電子控制單元）以及多個節點，如圖3所示。連接應用模塊至車載網絡使其可進行診斷和提供服務。 除非在LIN標準中明確說明以外，所有電壓可參照當地ECU接地且正電流流入ECU。如果存在一個集成電阻/二極管網絡，總線路和ECU內部供電（VSUP）之間不可形成寄生電流通路。這會對電路中的ESD浪涌遏制設備產生影響。 LIN總線標準要求當LIN總線路因正電壓小于26.5V或接地而出現短路時，網絡應恢復正常工作。物理層上的ESD浪涌電阻根據IEC61000-4-2要求必須符合最低放電電壓電平±2kV。然而，ECU連接器上可能會出現達到±8kV的電平。 需要通過過電流保護對出現故障或過載現象時進行過電流限制。同時也需要通過電路保護設備限制電壓尖峰或處于穩定的過電壓狀況。 圖4為協同的電路保護圖，顯示出一個設置在功率輸入的可復位PolySwitch器件如何在電源輸入端保護ECU和LIN節點連接器免受過電流情況的損傷，以及一個MLV（多層電壓敏電阻器）如何為車載網絡應用提供所需的高電流處理和能量吸收的過電壓保護。 CAN拓撲：電路保護措施 CAN (控制域) 標準具有中速的特點 (高速CAN達到1Mbps)。單通道、雙線且容錯，此協議是最普遍使用的車載總線設計，但是也應用到許多其他產業中。 CAN總線收發器可允許總線供電電壓高達+/-80V直流電。然而，甩負荷浪涌會產生出比ISO-7637-2標準（最大86.5V）中規定的更高瞬態，可能會損傷收發器。收發器的操作電流也因供貨商的不同而有所差異。 圖5顯示了如何在電源輸入端應用可復位PolySwitch設備和MOV（金屬氧化電壓敏電阻器）從而避免因車載供電系統中心的浪涌電流和電壓異常而產生的損傷。 CAN接收器I/O上的兩個MLV可提供較低電容分路防護，避免共模電壓階躍而產生的電磁輻射(EME)的影響。 泰科車載級PolySwitch設備達到AEC-Q200和SAE2685的嚴格要求，且具有大范圍的電氣特征和結構因子從而提供最有效的保護方案。 PolySwitch設備如同傳統保險絲一樣在出現故障時阻斷危險的高電流。但是與傳統保險絲不同的是它可以在故障排除，電路重啟后自動恢復。它的另外一個優點是具有相對靈活的結構因子，使其可以直接安裝到電路板上和設置在電子模塊、接線箱和配電中心內部。 泰科電子的MOV設備可以與設備或被保護元件平行安裝。如果出現過電壓情況，MOV設備迅速從高阻狀態轉入低阻狀態，從而將元件上的瞬態電壓降至安全的工作電平。正常工作情況下，過電壓設備為高阻設備，不應對常規系統操作產生影響。該設備的低漏電功能也可改善電池的放電率。 MOST拓撲：電路保護措施 MOST (媒體導向系統傳輸)可為塑料光纖同步和異步數據傳輸的視頻和音頻功能和支持速度高達40+Mbps。MOST收發器適用于需要進行實時處理的高寬帶設備，如DVD播放器、耳機、GPS設備和聲音控制。 實際上，MOST是一個節點網絡，用于傳輸車載多媒體和信息娛樂系統中出現的各種不同信號和數據流。 MOST標準支持多種物理接口，如圖6所示。MOST標準中，這些應用可參考功能塊。每個功能塊包括幾種功能（如一個CD播放器可以包括播放、停止、彈出和播放時間等功能）。 MLV通常用于ESD保護的供電總線，連同可復位過電流保護的PolySwitch設備。低電容PESD設備或PESD陣列可安裝在ESD保護的數據線路上。 IDB-1394拓撲：電路保護措施 IDB-1394車載結構可分為內置網絡和客戶便利端口，簡稱CCP，如圖7所示。該標準顯示了一種類似于現有MOST標準的一種內置塑料光纖（POF）車載網絡。然后，該網絡更加穩固且更易使用。多種電子元件可以連接到此網絡，如DVD播放器、視屏顯示器、導航系統、無線電主機以及通訊設備。 CCP端口包括一個車載等級1394b的物理層和連接器，允許用戶將便攜式設備連接到車輛，通過IDB-1394接口獲取音頻和視頻服務。CCP端口采用標準連接器，專為該設備供電而設計。 其供電特點無需額外電池或單獨電源線，讓客戶無需為插入的設備是否已經通電而擔憂。 IDB-1394為高速多媒體應用而設計，總線速度高達800Mbps且要求通電端口具有可復位過電流保護。如圖8所示，PolySwitch設備可用于在出現故障時限制危險高電流。MLV可安裝到供電總線上避免ESD浪涌和過電壓瞬態所產生的損害。低電容PESD設備或PESD陣列也可安裝在數據線路上幫助提供ESD保護。 FlexRay拓撲：電路保護措施 FlexRay協議專為線控應用所設計，如線控剎車和線控方向盤。該線控網絡方式支持同步和異步數據傳輸，數據傳輸率約為10Mb/s，具有時間觸發和事件觸發行為、冗位和容錯的特點。 該結構支持一“束”2個節點至64個節點，其功能主要依靠于兩種類型的處理器—ECU和“活動星”。FlexRay通訊通過一個常用總線或一個星形連接在ECU之間進行。FlexRay元件的總線輸入必須避免在總線路和系統供電電壓或地電位之間出現短路現象。 圖9顯示了ECU的調整后過電流/過電壓保護方案。該方案利用一 個PolySwitch設備進行過電流保護， byteflight拓撲：電路保護措施 byteflight協議是一個車載數據總線，為提供車載元件之間進行非常安全且容錯的電子通訊手段而開發。byteflight在總線、星形或集群配置中通過2線或3線塑料光纖（POF）達到10Mbps以上的速度。該系統結構中使用POF使其功能能夠在數據方面達到電氣上的獨立。然而，節點仍然從車載供電總線處獲得電流，而且會受到電磁干擾的影響。 構成該網絡的元件，如微處理器、byteflight控制器和光收發器，容易因供電尖峰和反向電壓而受到損傷。集成電路(ICs)或許包括ESD保護，但是通常限制在2kV以下。 如圖10所示，PolySwitch設備和MLV可以保護這些模塊不受高能量過電壓和過電流瞬態的影響而產生損傷。 藍牙拓撲：電路保護措施 藍牙標準雖然最初并非為車載環境而設計，但已經為車輛和其系統之間進行溝通的移動電子設備創造了新的市場前景，如手機、MP3播放器和導航設備。 保護暴露在外的通訊界面不受因天線和儀器無線(RF)界面所產生的ESD和其他電壓浪涌的影響是一個相當重要的設計問題。圖2顯示了一個PolyZen集成過電流/過電壓設備如何幫助保護藍牙模塊的功率輸入。MOV或表面安裝的MLV也可用于避免車載麥克風和擴音器界面上出現電壓瞬態。PESD設備可以用于避免電線出現ESD浪涌。 |
