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采用可靠的汽车电子设备保护方法

时间:12-20 来源:互联网 点击:

有助于确保可靠性的解决方案

电源中的电阻器

第一件插入电源用于保护的元件是电阻器。如果金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)被接通,电容器两端的电压被诱发:V - V * cos(ωt),其中。该正弦波的峰值振幅是电源电压的两倍,金属氧化物半导体场效应晶体管可能因此损坏。增设一个电阻器R与该晶体管串联,以便抑制这些振荡并保护该晶体管。电阻器的类型选择取决于转换器的输出功率。电阻器对某个设计的适用性可以由多个因素决定。首先,它的平均功耗的计算可以按照方程:Pav = Ppk* D,其中,Tpulse是浪涌的脉冲长度,而Tperiod是浪涌之间的时间。电阻器和电路板总的热阻计算公式:Rth = Rth(电阻器)+ Rth(电路板)。电路的温升计算公式:ΔT = Pav*Rth。最后,电阻器能够处理的能量焦耳-浪涌时间的图表。浪涌中的能量计算是将浪涌的峰值功率乘以浪涌持续时间,再乘以浪涌对矩形脉冲的相对面积。

Bourns的固定电阻器产品组合包括符合AEC-Q200标准的PWR系列各式封装的功率电阻。这些厚膜无感电阻器与背板之间电绝缘,且其额定功率可高达50 W。Bourns?的PWR163及PWR263型号具有低电感的特性,是理想的高频应用选择,而且它们非凡的脉冲特性支持电流限制或电容器放电应用。Bourns?4816P型号SOIC电阻器网络提供隔离、总线、和标准终端等选择,公差低至0.5 %。

针对在电源电路中的使用,列举一个评估电阻器的例子。假设 Pav = 9.2W,且工作温度为 90°C。使用 Bourns? PWR263S-35 型号的功率电阻,以及一块普通的带有热交换器的高性能敷铜电路板,二者的热阻分别为 3.5 °C/W和 2.5 °C/W,合计 6 °C/W。温升为 55.2 °C。元件的总体温度等于温升和工作温度的和。在这个例子中,电阻器温度为145 °C,低于Bourns? PWR263S-35 型号数据表中所列的最高温度 155 °C。数据表上的时间 - 能源曲线将指出该零件是否能够处理浪涌的瞬时功率。如果该电阻器满足所有规定,就能被采纳到设计中来。

高强度气体放电灯

直流-直流转换器的另一个应用是向车内必要的照明电路供电。高强度气体放电(HID)灯需要非常高的数千伏点火电压脉冲,随后是一个恒定的电压。一个变压器的线圈和火花管产生高点火电压,如图3所示。Bourns生产一系列的高压火花管,名为Sparctube?开关放电器,用于高强度气体放电车灯电路。Bourns? Sparctube? ST系列特别针对电容性放电电路的电压控制开关而设计,满足这类电路高能量、低损失和快速开关的要求。这一系列产品在高温条件下工作,可靠性长久。汽车内最常用的是800V和840V的零件,分别与之对应的Bourns?产品是ST-0800-Bxx-STD型号和ST-0840-Bxx-STD型号。

实施有效的瞬态保护

Bourns? Multifuse?聚合物正温度系数(PPTC)装置是瞬态保护的理想选择。Bourns?Multifuse?装置是一个具有非线性电阻对温度特性的热敏电阻。Bourns? Multifuse?的聚合物正温度系数装置的选择取决于工作电压,通常为16V,鉴于标称电压为14V,还取决于针对电子分总成(ESA)应用的工作电流以及规格指明的跳脱动作时间。在正常工作中,该装置的电阻极其低,电路中基本不可见。当聚合物正温度系数装置的工作电流达到跳脱电流,装置温度升高,且电阻急剧跃升到一个非常高的值。

不同聚合物在元件制造过程中的混合使得装置具备特定的特性,例如高电流量(低电阻)、高工作电压或高工作温度。虽然聚合物正温度系数装置通常的最高工作温度为85°C,Bourns? Multifuse?的一些装置却额定为125 °C。Bourns?的元件在更宽广的温度范围内实现更稳定的电阻。这一点对于热敏电阻在电路中发挥作用的情况而言,是很了不起的好处。照相机模组的差动线就是一个例子。模组的带宽会受到聚合物正温度系数(PPTC)装置电阻变化的影响,所以,选择一个不会过早地干扰电路或跳脱的正常工作的元件非常重要

通过共模电感器实现低电磁干扰水平

在一个共模杂讯轭流圈内,每一电感绕组是以串联方式与输入线连接的。电感绕组的连接和相位经过布置,使得由每一绕组产生的通量一经出现,另一绕组的通量被取消。电感器对输入信号的插入阻抗于是为零,只是在漏电抗和绕组的直流电电阻内有少量的损失。

图4中展示了瞬时电流向一个方向、在一条输入线内前进且通过另一条输入线返回。内核中产生的反向通量确保任一绕组内基本上没有诱发电压,所以输入电流能穿过共模轭流圈且几乎没有功率损耗。多余的高频电流被称为共模杂讯(CMN),会出现在一条或者全部两条输入线内,如图5所示。共模杂讯电流通过接地返回到杂讯源。由于该电流不因为反向返回被取消,它在共模杂讯感应器的任一个或全部两个绕组处遭遇充分阻抗。共模杂讯电压必须在共模感应器绕组内被削弱,以便减少线上多余的噪波。

在电源接口和控制器局域网(CAN)收发设备上使用的电感器应该是有屏蔽表面贴装元件,能够应付高电流。Bourns?的SRP系列提供多种电感器。它们的屏蔽外壳有助于实现汽车设计要求的低电磁干扰。Bourns? SRP电感器系列将扁线技术和粉末铁心结合起来,实现紧凑高效的封装。扁线最大化地使用了其表面积,提高了传导性,并因此有能力应付高频转换。

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