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