汽车电子电源保护:我不是一颗“芯”在战斗!
我国对汽车EMC的要求越来越规范和严格,普通单芯片的TVS保护已经不能满足车厂的要求,所以雷卯电子推出汽车级,双芯片,三芯片TVS,主要应对7637抛负载的测试保护。
一、电源危害类型
这种电气应力威胁主要参考ISO 7637-2和ISO 10605标准。
图1显示了主要供电电压瞬变形式的图示。
图1:供电线上的各种浪涌波形
"6 V Crank"是由汽车起动引起的。暂降的能量需发动机使电源电压下降到6 V。
"87V Load dump"抛负载是由于放电电池与发电机断开而引起的,当交流发电机产生充电电流时,这个瞬变可以持续400毫秒,而等效发电机内阻被指定为最低0.5Ω至最大4Ω。
"+ 150 - 220 V Spikes"是由于点火系统点燃汽油混合物必须的电压,这个尖峰的频率取决于发动机的转速和气缸数。
"24 V Jump start"的结果是临时应用过电压超过了电池电压,电路电源可能遭受暂时过电压。由于调节器失灵或故意产生时就有必要提高条件启动汽车。在这种情况下,部分汽车修理时采用24伏电池跳启动汽车,汽车规格要求支持这种过电压应用持续60秒。
"Reverse battery"是电池反转的结果。系统必须能承受由于电池极性接反产品的反电压。
"25KV ESD Spikes"是静电放电(ESD)的结果。
所有这些电压波动都可能通过传导或辐射危害电子产品的正常使用。
最有威胁的电压瞬变是由抛负载和跳启动引起的电压瞬变,但所有其他危害都可能影响电子模块的正常运行。
二、电源危害保护
针对电路上产生的种种威胁,如何做到有效的保护而又不影响行车供电,需要在电路的电源侧做一些保护措施。
市面上做汽车电子产品的客户越来越多,由于不熟悉标准,或者没有汽车电源保护设计方面的经验,使得产品在可靠性实验室屡次测试失败或装在整车上总是经常失效,引起我们的关注。
所以有必要推广一些可靠的方案来让大家的电路更安全,高效。
从图1的波形图看出,电气危害的能量其实就是竖坐标波形幅度和横坐标波形宽度的占比,
所以容易看出,87V load dump是威胁最大的一个测试项目,这个项目常常称作ISO7637-2 P5A,或者ISO16750 PUSLE A。
对于超标的波形,有很多种方案可以选用:
1、直接关断
2、电压抑制
各种方法都有采用的场合:
直接关断:是保护后端设备最有效而且最直接的办法,若该汽车电子产品是车上可有可无的产品,允许对其断电,则可以采用第1种保护措施,这种措施一般是采用高耐压的MOS管取样开关。
电压抑制:这种方案多用于汽车关键部件,因为需持续供电,保证供电端的电压存在。
第2种保护措施是目前整车厂比较认可的方案,其电路图如下图2:
图2:抛负载保护方案
雷卯电子汽车级Power TVS顾名思义,是高功率的TVS,通流量大,箝位电压低,所以特别适用于汽车电子的电源保护。
图3示意了电路设置TVS前后的浪涌电压和电流波形的对比。
Vs=100V 表示的是原12V 系统的测试电压,一般为100V=87+13;
Vcl=36.5V 表示增加了TVS后端电路的电压曲线,看得出电压得到有效的抑制,确保后端芯片不会损坏;
Ip=125A 表示通过TVS的瞬时大电流达到125A,因为TVS器件的导通,大电流的流过,使得非常强的浪涌得到泄放,电路安全。
Tj 表示了,经过每次波形测试后,器件、板卡的温度有增加。
图3: 电路设置TVS前后波形图
三、需要什么级别的TVS
从专业角度,大家知道汽车电子分为12V 系统和24V 系统,具体理解为12V系统用于乘用小汽车,而24V系统则用于大客车、货车、特种车。
这2套系统的测试指标和级别各不相同,故分类说明。
我国对汽车EMC的要求越来越规范和严格,普通单芯片的TVS保护已经不能满足车厂的要求,所以雷卯推出汽车级,双芯片,三芯片TVS,主要应对7637抛负载的测试保护。
针对12V系统,根据各大整车厂的内部标准,我们测试了以下各种双芯片、三芯片的TVS产品应用。
表一 12V系统TVS测试通过表
表二 24V系统TVS测试通过表
四、测试仪器如何设置
7637测试仪器各式各样,但是要关注测试指标非常重要,示波器设置好对应的电压和电流,可以抓取到波形。
图4: 抛负载参数设置界面图
图5: 示波器波形图
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