OBU ETC的汽車(chē)電子拋負(fù)載解決方案

 

 

ETC的前裝現(xiàn)在緊鑼密鼓在設(shè)計(jì)裝機(jī)中，但是對(duì)車(chē)載電子的電磁兼容問(wèn)題困擾很多工程師，汽車(chē)系統(tǒng)的供電來(lái)源于發(fā)電機(jī)和蓄電池，行走的汽車(chē)的供電有很多瞬變狀況發(fā)生，這些對(duì)負(fù)載都有會(huì)明顯的影響，具體類(lèi)別可以查詢下表（表1）。它們可以從許多不同的來(lái)源產(chǎn)生，從普通的靜電放電到斷開(kāi)電池。

 

 

所以汽車(chē)電子的信息娛樂(lè)、照明、駕駛火車(chē)、車(chē)身或底盤(pán)/安全組的設(shè)計(jì)工程師需要考慮電路保護(hù)來(lái)對(duì)付這些瞬變。提供適當(dāng)?shù)碾娐繁Ｗo(hù)有助于確保安全。也有助于降低制造商的保修和服務(wù)相關(guān)成本。

 

ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織很早都有相關(guān)的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，這就要求汽車(chē)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師應(yīng)了解國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）所提出的要求。

 

ISO 16750適用于道路車(chē)輛，包括環(huán)境條件和電氣和電子設(shè)備的測(cè)試。在2010發(fā)行，由技術(shù)委員會(huì)ISO/TC 22取代ISO 7637拋負(fù)載等16750-2（脈沖5A和5B部分）。ISO 16750-2進(jìn)一步修訂發(fā)布2012年。

 

 

ISO 16750-2標(biāo)準(zhǔn)適用于道路車(chē)輛電力電子系統(tǒng)/組件（表2）。它描述了潛在的環(huán)境電氣壓力，并指定了特定的安裝位置/在道路車(chē)輛上的測(cè)試和要求。

 

在4.6款對(duì)拋負(fù)載保護(hù)的需要，“在電源電壓的不連續(xù)性，”小節(jié)4.6.4 load dump中描述。當(dāng)發(fā)電機(jī)傳送電流的負(fù)荷突然斷開(kāi)時(shí)發(fā)生負(fù)載突降（圖1）。在汽車(chē)電子產(chǎn)品中，這適用于在由發(fā)電機(jī)充電時(shí)故意或故障斷開(kāi)蓄電池。

 

 

如果交流發(fā)電機(jī)在交流發(fā)電機(jī)電路上剩余的負(fù)載產(chǎn)生充電電流，則可能發(fā)生這種情況。圖2為電壓浪涌的模擬由旋轉(zhuǎn)的發(fā)電機(jī)當(dāng)電池或其他重要負(fù)載突然斷開(kāi)的波形和參數(shù)。

 

 

在表3中，我們可以看到瞬態(tài)電壓可以高達(dá)202 V，并可能需要多達(dá)400MS衰減。

 

考慮到串聯(lián)電阻可以在1至2?，浪涌電流可超過(guò)50A持續(xù)350毫秒的時(shí)間，設(shè)計(jì)工程師需要特別考慮過(guò)壓的時(shí)間。

 

ISO標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定10個(gè)脈沖間隔一分鐘的重復(fù)測(cè)試，我們需要設(shè)計(jì)負(fù)載保護(hù)解決方案來(lái)維持當(dāng)前的電壓不斷電維持工作。

 

 

汽車(chē)電子設(shè)計(jì)者可以用幾種方式解決電路保護(hù)問(wèn)題。

 

首先，有一個(gè)開(kāi)關(guān)解決方案。在這里，電源可能是設(shè)計(jì)給我們一個(gè)寬輸入范圍非同步降壓控制器，這將提供汽車(chē)電源拋負(fù)載保護(hù)。它通過(guò)切斷輸入電源到控制器或電子子系統(tǒng)，在指定的脈沖持續(xù)時(shí)間期間，防止負(fù)載突降瞬態(tài)。然后重新連接，當(dāng)條件恢復(fù)正常時(shí)，有固定的延遲。然而，這種解決方案有一定的局限性。輸入操作范圍是已知的也許高達(dá)75 V，在高于這個(gè)電壓處設(shè)計(jì)開(kāi)路，對(duì)一些不能重啟的設(shè)備是不被允許的。其他類(lèi)似的解決方案也會(huì)需要更多的分立元件和PCB布局。

 

另一種解決方案是分流方案。在保護(hù)汽車(chē)電子子系統(tǒng)的基本方法中，在負(fù)載的的輸入電源電壓并聯(lián)半導(dǎo)體瞬態(tài)抑制器件TVS。TVS的反應(yīng)速度快，選擇適當(dāng)?shù)碾妷簠?shù)和功率，可以有效的對(duì)抗拋負(fù)載。

 

 

這對(duì)于半導(dǎo)體TVS 也是一個(gè)難題，常規(guī)的TVS器件都在5000W 以下功率，對(duì)于汽車(chē)拋負(fù)載的電性條件需要支持高達(dá)60多A的電流持續(xù)350-400MS的高電壓沖擊，而且需要測(cè)試10次（間隔1分鐘），就需要設(shè)計(jì)更高功率，更利于散熱的汽車(chē)用的TVS器件。按照TVS的曲線參數(shù)圖，在通過(guò)電流不斷增大的情況下，可以保持比較穩(wěn)定的電壓輸出，確保后端電路的電力供應(yīng)。

 

 

汽車(chē)電子設(shè)計(jì)工程師在負(fù)載突降保護(hù)電路通常使用1500W或的3000WTVS二極管器件。但是，考慮到汽車(chē)中日益增多的電子系統(tǒng)，這種負(fù)載保護(hù)對(duì)于當(dāng)前的使用條件是否足夠可靠？

 

至少，汽車(chē)設(shè)計(jì)師需要實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)，符合ISO 16750-2 AEC-Q101標(biāo)準(zhǔn)和整體模塊可靠性。

 

對(duì)于當(dāng)前的發(fā)電機(jī)很多采用了輸出電壓限幅措施，12V系統(tǒng)主機(jī)廠要求汽車(chē)實(shí)驗(yàn)室對(duì)部分產(chǎn)品要求5B的降檔測(cè)試，也許低功率可以滿足一些要求，但對(duì)整機(jī)的可靠性還是需要斟酌。

 

在今天的電子系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)者可以通過(guò)超出這些標(biāo)準(zhǔn)要求獲得更好的保證以避免昂貴的保修、修理和其他費(fèi)用。基本電路保護(hù)功能應(yīng)包括解決方案，提供一個(gè)非常低的鉗位電壓，發(fā)熱穩(wěn)定，滿足rohs reach要求。

 

 

上圖中的紅圈中數(shù)據(jù)沒(méi)有固定，讓很多工程師不知道如何選擇測(cè)試，這里也有基本原則，高電壓對(duì)應(yīng)高電阻，低電壓對(duì)應(yīng)低電阻，當(dāng)然目前國(guó)內(nèi)車(chē)廠都已經(jīng)慢慢積累了自己的發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)，有自己的指標(biāo)，上海雷卯電子也積累了很多客戶的測(cè)試數(shù)據(jù)，在設(shè)計(jì)時(shí)可以幫助客戶前期提供數(shù)據(jù)，減少很多重復(fù)的設(shè)計(jì)測(cè)試工作。

 

眾所周知，不斷提供電路保護(hù)的可靠性，也意味著成本的增加，但是好品牌是靠可靠性，穩(wěn)定性來(lái)贏得客戶，在質(zhì)保期內(nèi)的0故障也是一種成本的節(jié)約。以下列出幾種拋負(fù)載波形的和對(duì)應(yīng)電壓、電阻的圖例。

 

 

總結(jié)

 

汽車(chē)電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師應(yīng)該意識(shí)到ISO 16750對(duì)道路車(chē)輛的重要性。設(shè)計(jì)者必須確保電路保護(hù)符合車(chē)載保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，并理解它們包括標(biāo)準(zhǔn)化模擬，因?yàn)樗鼈兪窃诂F(xiàn)實(shí)生活中發(fā)生的。

 

開(kāi)關(guān)解決方案通過(guò)將輸入電源斷開(kāi)到控制器或電子子系統(tǒng)，為負(fù)載突降瞬態(tài)提供保護(hù)。這是指定的脈沖持續(xù)時(shí)間完成，然后重新連接，穩(wěn)定條件恢復(fù)正常時(shí)重啟。但是，這種解決方案通常需要十幾個(gè)組件，這增加了總成本和占用寶貴的PCB布局。

 

新的解決方案采用分流能力。在這里，一個(gè)單一的組件與半導(dǎo)體瞬態(tài)抑制器件的電源電壓保護(hù)公司分流多余的汽車(chē)電子系統(tǒng)。用一個(gè)TVS二極管，瞬間箝位電壓，電流分流，保護(hù)后端DCDC，這種方法簡(jiǎn)單方便，目前已經(jīng)大量應(yīng)用于各大車(chē)廠。

 

 

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