汽车EMC之7637-2抛负载脉冲试验解析（一）

汽车EMC之7637-2抛负载脉冲试验解析（一）
作者：雷卯胡光亮

一、7637-2中波形5A的测试标准。
   波形5是模拟抛负载瞬态现象,在断开电池（亏电状态）的同时，交流发电机正在产生充电电流，而发电机电路上仍有其它负载时产生的瞬态，未断开时发电机的线圈内的的电流较大，断开时候突然电流变小，产生反动势；抛负载可能产生的原因是：因电缆腐蚀、接触不良或发动机正在运转时，断开与电池的连接。
    波形5脉冲的幅度较高（100-200V,相对于系统电源电压来说，这已经算是高电压了）、宽度较大(达几百毫秒)、内阻又极低（几欧姆，甚至零点几欧姆），所以在ISO7637-2标准里，P5脉冲属于能量比较大的脉冲。除了考核被试设备在P5作用下的抗干扰能力外，在当前程度上还在考核它对设备元器件的破坏性。

雷卯电子针对12V系统做下简单的标准分析，其实这个标准兼容了一个很宽泛的值，如果终端客户说需要通过5A的测试，我们有必要在问一句：“请问，需要通过哪个具体的指标？”

在此我对波形的几个具体参数做个简单的解释，
1.首先第一个参数是Us，测试范围是65V-87V，这是仪器施加在电路上的电压，并不包括产品的供电电压，具体的供电电压，可以看标准文件，一般我们选用13.5V的电压，所以实验室电路上的电压，可能是100V，这点在设计时是需要考虑的。

2.第二个测试参数Ri =0.5Ω-4Ω，这是一个系统内阻指标。
它的具体数值主要取决于发电机的转速和励磁电流，这对于我们做板卡的客户来讲，是比较难拿到整车厂的关于发电机的电气参数的，可以直接问客户要到这个内阻的指标。
雷卯电子专注于电路保护，所以有必要强调下我们在实验室测试时，对内阻指标的非常关注，我们可以从以下的公式中，看到Ri这个测试指标对产品测试的重要性。做通过5A的测试，必须对整个电路进行箝位保护，箝位保护时会在旁路通过尖峰电流Ipp，峰值钳位电流的计算公式：
　　IPP= （Vin– Vc） ⁄ Ri
　　IPP： 峰值钳位电流
　　Vin： 输入电压
　　Vc： 钳位电压
　　Ri： 线路阻抗
通过这个公式，假如内阻是0.5Ω和内阻是4Ω时，对比的电流是相差有8倍的能量，所以内阻做低，对电路保护的要求更加苛刻。
3.第三个指标是Td，是指脉冲宽度 Td=40ms -400ms。
这个波形宽度这就是汽车电子不同于工业产品的比较特殊的地方，工业品，消费品测试一般参考测试波形是10/1000us或8/20us的测试波形，1ms=1000us，所以汽车电子抛负载的能量，持续时间可想而知是同样电压的工业品测试的100倍。
二、7637-2 P5A保护设计方案
我们知道了P5A测试的各个参数定义和每个指标对整个测试结果的影响之后，就可以设计保护电路，应对客户的测试了。
我们要再次强调的是，抛负载P5A测试不通过的主要现象，都是电源芯片DC-DC被击穿，所以设计思路还是对电源芯片的保护。

在客户设计电路之前，我们经常要问客户要到DC-DC的产品规格书，这对于设计保护电路提供很好的选型依据，我们需要了解DC-DC转换器的最大输入电压。
确保Vc小于这个最大电压。

电路设计其实比较比较简单，一般分为一级保护和二级保护，二级保护常用于24V系统的总成中，因为其电源芯片的保护电压较低，需做限流和二次降压，可靠保护芯片。



三、如何选用正确的TVS

TVS器件是过压保护的专业器件，反应速度快，而且是基于硅芯片的二极管，所以可以持续承受多次冲击但性能不会劣化。所以汽车电源口选择合适的TVS器件是可以顺利通过7637-2 P5A的测试。
我们看下TVS的参数和特性曲线：

击穿电压(VBR)
击穿电压是器件进入雪崩击穿的电压，在数据表上的特定电流条件下对其进行测试
最大击穿电压(VC)
在特定的峰值脉冲电流定额下，TVS上会出现钳位电压。TVS的击穿电压在非常小的电流下测得(例如1mA或10mA)，它不同于应用条件下的实际雪崩电压。因此，在一般TVS规格书中有1A电流时的箝位电压和最大承受电流时的箝位电压Vc。
反向工作电压(VRWM)：
最大反向工作电压指的是TVS在未击穿情况下所能承受的最高电压，一般是电路中的正常工作电压值，当电路中电压大于Vrwm时，系统认为是非正常的电压，一旦接近VBR ,则二极管就会反向导通，进入工作状态。
根据之前的能量公式：
　IPP= （Vin– Vc） ⁄ Ri
我们可以从测试要求查询到Vin 和Ri，从后端电源芯片最大承受电压查询到Vc,所以可以初步估计到Ipp的大小。
但是要注意的是所有厂家TVS的数据表中Ipp是基于10/1000us波形的数据，而我们实际的波形是抛负载400ms的电压波形，所以，选型TVS的电压和电流值，都是借鉴这个表格参考的，找到符合要求的型号进行测试，需要注意的是根据波宽时间的变长，对产品的功率要求会有很大的提高。在此我列举部分经验积累数据，仅供参考。