OBU ETC的汽車電子拋負載解決方案

 

 

ETC的前裝現(xiàn)在緊鑼密鼓在設計裝機中，但是對車載電子的電磁兼容問題困擾很多工程師，汽車系統(tǒng)的供電來源于發(fā)電機和蓄電池，行走的汽車的供電有很多瞬變狀況發(fā)生，這些對負載都有會明顯的影響，具體類別可以查詢下表（表1）。它們可以從許多不同的來源產生，從普通的靜電放電到斷開電池。

 

 

所以汽車電子的信息娛樂、照明、駕駛火車、車身或底盤/安全組的設計工程師需要考慮電路保護來對付這些瞬變。提供適當?shù)碾娐繁Ｗo有助于確保安全。也有助于降低制造商的保修和服務相關成本。

 

ISO國際標準化組織很早都有相關的測試標準，這就要求汽車電子系統(tǒng)設計工程師應了解國際標準化組織（ISO）所提出的要求。

 

ISO 16750適用于道路車輛，包括環(huán)境條件和電氣和電子設備的測試。在2010發(fā)行，由技術委員會ISO/TC 22取代ISO 7637拋負載等16750-2（脈沖5A和5B部分）。ISO 16750-2進一步修訂發(fā)布2012年。

 

 

ISO 16750-2標準適用于道路車輛電力電子系統(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/在道路車輛上的測試和要求。

 

在4.6款對拋負載保護的需要，“在電源電壓的不連續(xù)性，”小節(jié)4.6.4 load dump中描述。當發(fā)電機傳送電流的負荷突然斷開時發(fā)生負載突降（圖1）。在汽車電子產品中，這適用于在由發(fā)電機充電時故意或故障斷開蓄電池。

 

 

如果交流發(fā)電機在交流發(fā)電機電路上剩余的負載產生充電電流，則可能發(fā)生這種情況。圖2為電壓浪涌的模擬由旋轉的發(fā)電機當電池或其他重要負載突然斷開的波形和參數(shù)。

 

 

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

 

考慮到串聯(lián)電阻可以在1至2?，浪涌電流可超過50A持續(xù)350毫秒的時間，設計工程師需要特別考慮過壓的時間。

 

ISO標準規(guī)定10個脈沖間隔一分鐘的重復測試，我們需要設計負載保護解決方案來維持當前的電壓不斷電維持工作。

 

 

汽車電子設計者可以用幾種方式解決電路保護問題。

 

首先，有一個開關解決方案。在這里，電源可能是設計給我們一個寬輸入范圍非同步降壓控制器，這將提供汽車電源拋負載保護。它通過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)時間期間，防止負載突降瞬態(tài)。然后重新連接，當條件恢復正常時，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75 V，在高于這個電壓處設計開路，對一些不能重啟的設備是不被允許的。其他類似的解決方案也會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。在保護汽車電子子系統(tǒng)的基本方法中，在負載的的輸入電源電壓并聯(lián)半導體瞬態(tài)抑制器件TVS。TVS的反應速度快，選擇適當?shù)碾妷簠?shù)和功率，可以有效的對抗拋負載。

 

 

這對于半導體TVS 也是一個難題，常規(guī)的TVS器件都在5000W 以下功率，對于汽車拋負載的電性條件需要支持高達60多A的電流持續(xù)350-400MS的高電壓沖擊，而且需要測試10次（間隔1分鐘），就需要設計更高功率，更利于散熱的汽車用的TVS器件。按照TVS的曲線參數(shù)圖，在通過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。

 

 

汽車電子設計工程師在負載突降保護電路通常使用1500W或的3000WTVS二極管器件。但是，考慮到汽車中日益增多的電子系統(tǒng)，這種負載保護對于當前的使用條件是否足夠可靠？

 

至少，汽車設計師需要實現(xiàn)短路保護，符合ISO 16750-2 AEC-Q101標準和整體模塊可靠性。

 

對于當前的發(fā)電機很多采用了輸出電壓限幅措施，12V系統(tǒng)主機廠要求汽車實驗室對部分產品要求5B的降檔測試，也許低功率可以滿足一些要求，但對整機的可靠性還是需要斟酌。

 

在今天的電子系統(tǒng)中，設計者可以通過超出這些標準要求獲得更好的保證以避免昂貴的保修、修理和其他費用。基本電路保護功能應包括解決方案，提供一個非常低的鉗位電壓，發(fā)熱穩(wěn)定，滿足rohs reach要求。

 

 

上圖中的紅圈中數(shù)據(jù)沒有固定，讓很多工程師不知道如何選擇測試，這里也有基本原則，高電壓對應高電阻，低電壓對應低電阻，當然目前國內車廠都已經慢慢積累了自己的發(fā)動機數(shù)據(jù)，有自己的指標，上海雷卯電子也積累了很多客戶的測試數(shù)據(jù)，在設計時可以幫助客戶前期提供數(shù)據(jù)，減少很多重復的設計測試工作。

 

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

 

 

總結

 

汽車電子系統(tǒng)設計工程師應該意識到ISO 16750對道路車輛的重要性。設計者必須確保電路保護符合車載保護標準，并理解它們包括標準化模擬，因為它們是在現(xiàn)實生活中發(fā)生的。

 

開關解決方案通過將輸入電源斷開到控制器或電子子系統(tǒng)，為負載突降瞬態(tài)提供保護。這是指定的脈沖持續(xù)時間完成，然后重新連接，穩(wěn)定條件恢復正常時重啟。但是，這種解決方案通常需要十幾個組件，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，一個單一的組件與半導體瞬態(tài)抑制器件的電源電壓保護公司分流多余的汽車電子系統(tǒng)。用一個TVS二極管，瞬間箝位電壓，電流分流，保護后端DCDC，這種方法簡單方便，目前已經大量應用于各大車廠。

 

 

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