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汽車EMC之7637-2拋負載脈沖試驗解析（一） 作者：雷卯胡光亮 一、7637-2中波形5A的測試標準。 波形5是模擬拋負載瞬態現象,在斷開電池（虧電狀態）的同時，交流發電機正在產生充電電流，而發電機電路上仍有其它負載時產生的瞬態，未斷開時發電機的線圈內的的電流較大，斷開時候突然電流變小，產生反動勢；拋負載可能產生的原因是：因電纜腐蝕、接觸不良或發動機正在運轉時，斷開與電池的連接。 波形5脈沖的幅度較高（100-200V,相對于系統電源電壓來說，這已經算是高電壓了）、寬度較大(達幾百毫秒)、內阻又極低（幾歐姆，甚至零點幾歐姆），所以在ISO7637-2標準里，P5脈沖屬于能量比較大的脈沖。除了考核被試設備在P5作用下的抗干擾能力外，在當前程度上還在考核它對設備元器件的破壞性。  雷卯電子針對12V系統做下簡單的標準分析，其實這個標準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？” 在此我對波形的幾個具體參數做個簡單的解釋， 1.首先第一個參數是Us，測試范圍是65V-87V，這是儀器施加在電路上的電壓，并不包括產品的供電電壓，具體的供電電壓，可以看標準文件，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，這點在設計時是需要考慮的。 2.第二個測試參數Ri =0.5Ω-4Ω，這是一個系統內阻指標。 它的具體數值主要取決于發電機的轉速和勵磁電流，這對于我們做板卡的客戶來講，是比較難拿到整車廠的關于發電機的電氣參數的，可以直接問客戶要到這個內阻的指標。 雷卯電子專注于電路保護，所以有必要強調下我們在實驗室測試時，對內阻指標的非常關注，我們可以從以下的公式中，看到Ri這個測試指標對產品測試的重要性。做通過5A的測試，必須對整個電路進行箝位保護，箝位保護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，假如內阻是0.5Ω和內阻是4Ω時，對比的電流是相差有8倍的能量，所以內阻做低，對電路保護的要求更加苛刻。 3.第三個指標是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產品的比較特殊的地方，工業品，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，所以汽車電子拋負載的能量，持續時間可想而知是同樣電壓的工業品測試的100倍。 二、7637-2 P5A保護設計方案 我們知道了P5A測試的各個參數定義和每個指標對整個測試結果的影響之后，就可以設計保護電路，應對客戶的測試了。 我們要再次強調的是，拋負載P5A測試不通過的主要現象，都是電源芯片DC-DC被擊穿，所以設計思路還是對電源芯片的保護。 在客戶設計電路之前，我們經常要問客戶要到DC-DC的產品規格書，這對于設計保護電路提供很好的選型依據，我們需要了解DC-DC轉換器的最大輸入電壓。 確保Vc小于這個最大電壓。 電路設計其實比較比較簡單，一般分為一級保護和二級保護，二級保護常用于24V系統的總成中，因為其電源芯片的保護電壓較低，需做限流和二次降壓，可靠保護芯片。 三、如何選用正確的TVS TVS器件是過壓保護的專業器件，反應速度快，而且是基于硅芯片的二極管，所以可以持續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的參數和特性曲線： 擊穿電壓(VBR) 擊穿電壓是器件進入雪崩擊穿的電壓，在數據表上的特定電流條件下對其進行測試 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)，它不同于應用條件下的實際雪崩電壓。因此，在一般TVS規格書中有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，當電路中電壓大于Vrwm時，系統認為是非正常的電壓，一旦接近VBR ,則二極管就會反向導通，進入工作狀態。 根據之前的能量公式： 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的數據表中Ipp是基于10/1000us波形的數據，而我們實際的波形是拋負載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行測試，需要注意的是根據波寬時間的變長，對產品的功率要求會有很大的提高。在此我列舉部分經驗積累數據，僅供參考。 |
