汽车音响直流电源滤波器的设计

Over Voltage）、大电流(Over Current)，反向电压(Reverse Voltage)等各种使用条件的分析和保护电路的设计。

4．Over Voltage 和Over Current 设计的考虑

在汽车音响电源滤波器设计时，不仅要考虑各种不同汽车电气系统瞬态噪音或脉冲的抑制作用，同时，还要加强Over Voltage、Over Current和Reverse Voltage等使用情况的发生。在GMW3172 － Feb.2007 ：5.2.4 、VW 801 01-2005-06：3.10和3.11、ISO 16750-2：4.2中规定了过压（Over Voltage）测试的内容，在 GMW3172－Feb.2007 ：5.2.7、VW 801 01-2005-06：3.12和ISO 16750-2：4.3中规定了Superimposed Alternating Voltage的测试要求。由于普通电源噪声滤波器对浪涌电压的抑制能力较差，特别是当浪涌电压上升缓慢且宽度较大时，容易出现阻抗不匹配，使电感线圈达到磁饱和，所以在电源噪声滤波器输入端通常增加了一个压敏电阻或半导体浪涌电压抑制管抑制浪涌电压，保护汽车音响内部电路的正常运行。下面，针对12V汽车供电系统的电源滤波器电路进行参数确定，见图6。

图6

针对该电源滤波器，在Saber 中进行滤波效果仿真，见下图7：以此为依据，进行其他参数设计分析。

图7

a) C9 电容的取值

在允许的情况下，该电容的容量要求越大越好，其值很难确切地估算出来。一般情况下，要求取值在l500－3300uf 之间。电容的耐压值必须经过雷击浪涌后取值，有残压，其瞬时值一般在50V／s 时不损坏，按二级降额的原则选取，取值在25 V，频率特性与电容的取值有关。电容容值越大，低频滤波特性越好；电解电容的ESR 越小，低频阻抗越低。仿真结果见图8a 和8b。

图8

b）C1 - C8 电容的取值

在允许的情况下，电容容量的覆盖范围越广越好，这样，对于高频的瞬态干扰脉冲噪音就能够很好的抑制。一般情况下，要求取值在20pf－0.1uf 范围。电容耐压值必须能够承受雷击浪涌后取值，有残压，其瞬时值一般在100V／S 时不损坏，按二级降额的原则选取，取值50 V，频率特性与电容的取值有关，电容值越小，高频特性越好。图9 为3 种电容实际阻抗随频率(100KHz 到500MHz)变换的特征曲线。图10 为电容理想模型阻抗随频率的关系曲线。因此，C1－C9 电容一般都是通过电容并联来满足瞬态干扰脉冲噪音全频范围内的抑制作用。仿真结果见图11a 和11b。

图9

图10

图11

c) 电感的取值

电感性能的好坏取决于磁芯材料特性，应考虑以下几个方面：

第一，磁芯材料的频率范围要宽，要保证最高频率在100MHz，即在很宽的频率范围内有比较稳定的磁导率。

第二，磁导率高，但是在实际中很难满足这一要求，所以，磁导率往往是分段考虑的。磁芯材料一般是铁氧体。

第三，电感量的估算--考虑阻抗随频率变换的特征曲线。共模扼流圈取值 1.5－5mH，差模扼流圈取值为 40－100uH;图12 为理想电感阻抗随频率变换的曲线。

图12

d)压敏电阻的确定

压敏电阻是电压敏感器件，当加大压敏电阻两端的电压低于额定电压时，它的阻抗几乎是无穷大，而超过额定值后，电阻值急剧下降，反应时间为纳秒级。压敏电阻是根据工作电压来选择标称电压值，一般可按使用电压的1.8 – 2.0 倍关系来确定标称电压。比如：汽车音响正常电源电压范围在9V 至16V，则压敏电阻的标称电压为 2x16V=32V。

e) TVS 参数的确定，在后面进行介绍。

5. 瞬态传导干扰的设计考虑

在ISO 7637－2:2004、GMW3100-08.2001:3.2.1.3等标准中规定了沿电源线的电瞬态传导的干扰脉冲的抗扰性失效模式、严重程度和测量，提供了5 种典型脉冲波形，虽然没有涵盖所有可能出现在车辆上的各种瞬态脉冲，但适用于各种动力系统的道路车辆，例如：火花点火发动机、压燃式发动机、电动机、混合动力驱动系统。针对这5种典型的瞬态传导脉冲，在Saber仿真环境中进行该电源滤波器电路（图13）的仿真如下：

图13

1）脉冲1 是模拟电源与感性负载断开连接时所产生的瞬态现象。它影响与感性负载并联的用电装置，适用于各种DUT 与感性负载保持直接并联的情况。仿真结果见图14。

图14

2) 脉冲2a 模拟由于线束电感的原因，使与DUT并联的装置内电流突然中断引起的瞬态现象；脉冲2b 模拟直流电机充当发电机，在点火开关断开时的瞬态现象。仿真结果见图15a和15b。

图15a

图15b

3) 试验脉冲3 模拟由开关过程引起的瞬态现象，这些脉冲的特性受线束的分布电容和分布电感的影响。仿真结果见图16a和16b。

图16a

图16b

4) 试验脉冲4 模拟内燃机的起动电机电路通电时产生的供电系统电源电压的降低，不包括起动时的尖峰电压。仿真结果见图17。

图17

5）试验脉冲5 是模拟抛负载瞬态现象，即模拟在