【導讀】在汽車(chē)電子中，load dump指的是低壓電池在充電時(shí)與車(chē)輛的發(fā)電機突然斷開(kāi)連接。由于電池的突然斷開(kāi)，其余被接在發(fā)電機總線(xiàn)上的負載會(huì )承受非常大的浪涌電壓。這個(gè)浪涌電壓的峰值可能高達120V并且持續時(shí)間長(cháng)達400ms才會(huì )衰減，這會(huì )對車(chē)載的低壓用電設備造成成噸的傷害。所以通常12V的系統需要鉗位到40V；24V的系統需要鉗位到60V，以保證其安全和可靠。
讓我們聊聊Load Dump
在汽車(chē)電子中，load dump指的是低壓電池在充電時(shí)與車(chē)輛的發(fā)電機突然斷開(kāi)連接。由于電池的突然斷開(kāi)，其余被接在發(fā)電機總線(xiàn)上的負載會(huì )承受非常大的浪涌電壓。這個(gè)浪涌電壓的峰值可能高達120V并且持續時(shí)間長(cháng)達400ms才會(huì )衰減，這會(huì )對車(chē)載的低壓用電設備造成成噸的傷害。所以通常12V的系統需要鉗位到40V；24V的系統需要鉗位到60V，以保證其安全和可靠。
下面兩個(gè)圖示大概說(shuō)明了一下load dump產(chǎn)生的原因。
為什么電池突然斷開(kāi)會(huì )產(chǎn)生load dump？原理是什么？
發(fā)電機有非常大的電感量，電池又是很大的負載。所以當電池突然斷開(kāi)時(shí)，對于發(fā)電機來(lái)說(shuō)相當于電感上的電流發(fā)生了突變。根據楞次定律，此時(shí)電感會(huì )產(chǎn)生一個(gè)反向的感應電動(dòng)勢E來(lái)阻止電流突變，這就是你看到的load dump波形。
OK，知道什么是load dump，讓我們再來(lái)看一下相關(guān)的標準。
初始標準是ISO7637-2。在2010年時(shí)，用ISO16750-2替代了ISO7637-2，所以目前的load dump以ISO16750-2為標準。
2. 標準里定義了幾種脈沖電壓的波形，pulse 1,2a,2b,3a,3b,5a,5b，其中5a才是我們所說(shuō)的load dump波形。
下面給出兩種標準的波形和參數，可以對比一下兩者之間的區別：
主要區別是以下三點(diǎn)：
ISO16750-2的測試次數是10次（間隔時(shí)間1分鐘）；ISO7637-2的測試次數是1次；
ISO16750-2的峰值電壓Us要高于ISO-7637-2；
ISO16750-2的US*電壓又明確定義；ISO7637-2的US*電壓允許用戶(hù)自定（這點(diǎn)和5b有關(guān)，這里先不做討論）。
基于以上三點(diǎn)，我們可以看出新的ISO16750-2要比之前的ISO7637-2更為嚴格。
OK，了解了測試標準后，那我們就需要選擇一顆合適的TVS來(lái)做保護了，跟著(zhù)我來(lái)一步步計算下吧！
首先，選這顆TVS有兩個(gè)目標是一定需要滿(mǎn)足的：
1. TVS鉗位電壓需要小于后級元器件的最大耐壓，在12V系統中后級元器件的最大耐壓一般為40V，考慮一些余量，TVS鉗位電壓為35V比較合適。（24V系統的TVS鉗位電壓為65V比較合適）；
2. TVS需要能吸收l(shuí)oad dump的能量并且不被損壞。
這里我們計算12V系統worst case時(shí)候的load dump來(lái)作為例子，參考ISO16750-2的標準。
列出以下的已知條件：
Vp(max)=101V;
Ri(min)=0.5ohm;
td(max)=400ms;
Vclamp=35V
1. 計算TVS承受的瞬時(shí)峰值功率Ppp
Ipeak=(Vp-Vclamp)/Ri=(101-35)/0.5=132A
Ppp=Ipeak x Vclamp=132x35=4.62kW
2. 計算峰值功率Ppp的持續時(shí)間T_conduct
解釋一下下面的圖，上圖是load dump的波形，下圖是TVS吸收的電流。在load dump的電壓＞Vclamp時(shí)，會(huì )有電流流過(guò)TVS，意味著(zhù)TVS吸收了load dump的能量，所以要計算的就是這部分的時(shí)間T_conduct。（為了簡(jiǎn)化計算，波形都近似成三角形）
slop of load dump=Vp/td=101/400=0.2525
T_conduct=(Vp-Vclamp)/slop=(101-35)/0.2525=261ms
3. 最終結果
Ppp = 4.62kW @ T_conduct=261ms
Ppp = 4.62kW @ (?)T_conduct = 130.5ms（為了和TVS的規格書(shū)做比較，需要換算成1/2 T_conduct）
OK，計算結果有了，讓我們來(lái)找一份TVS的規格書(shū)看一下。
下圖是Littlefuse SLD8S系列的規格書(shū)，該系列是專(zhuān)門(mén)針對load dump應用而開(kāi)發(fā)的TVS產(chǎn)品。
從下面這個(gè)圖中，我們可以得到該TVS的：
Ppp=2.2kW@td=130ms<Ppp(load dump)=4.62kW
顯然，單顆TVS是無(wú)法滿(mǎn)足要求的?？紤]一些設計余量以及高溫derating的影響，這里我們需要選擇三顆TVS并聯(lián)的方案。
Ppp(3pcs in parallel)=3x2.2=6.6kW>Ppp(load dump)=4.62kW
TVS電壓的選擇，因為需要考慮jump start的要求，所以必須選擇24V以上的，一般30V或者33V的TVS是比較常見(jiàn)的選擇。
綜上所述三顆SLD8S30A或者SLD8S33A并聯(lián)是對策上述load dump測試較合適的選擇。
細心的同學(xué)可能已經(jīng)發(fā)現了，上述兩顆TVS的Vclamp均大于40V(48.4V，53.3V)，但之前計算的時(shí)候不是說(shuō)過(guò)Vclamp<35V才能有效地保護后級40V耐壓的器件嗎？這樣選型是否會(huì )無(wú)法保護后級的器件？
這樣的擔心不無(wú)道理，不過(guò)TVS的Vclamp和Ipp是成正比的，也就是說(shuō)Ipp如果能減小的話(huà)Vclamp也是會(huì )減小的；三顆并聯(lián)的方案給Ppp留出了較大的余量，于此同時(shí)流過(guò)每顆TVS的Ipp也會(huì )相應的小于規格書(shū)中的值，所以實(shí)際的Vclamp應該會(huì )小于規格書(shū)中的標稱(chēng)值。大概的計算如下：
Ipeak = 132A,So each TVS/SLD8S30A = 132/3 = 44A
Rd of SLD8S30A=(Vclamp-Vbr)/Ipp=(48.4-35.05)/144=0.093ohm
Vclamp_actual=Ipp_actualxRd+Vbr=44x0.093+35.05=39.142V
可以看到在三顆TVS并聯(lián)的方案下，Vclamp=39V<40V可以滿(mǎn)足需求。當然你也可以選擇更低電壓的TVS來(lái)進(jìn)一步降低Vclamp，比如SLD8S28A等等。當然，這些都是論計算，需要通過(guò)實(shí)際的測試來(lái)做驗證。
最后，聊一個(gè)小問(wèn)題，新能源汽車(chē)還需要考慮load dump嗎？請大家聊聊你的看法吧！
文章來(lái)源：Littelfuse
免責聲明：本文為轉載文章，轉載此文目的在于傳遞更多信息，版權歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權問(wèn)題，請聯(lián)系小編進(jìn)行處理。
推薦閱讀：
50%的年長(cháng)者可能會(huì )聽(tīng)障？！救贖的辦法在這里
ADI 多協(xié)議工業(yè)以太網(wǎng)交換機
貿澤電子新品推薦：2024年第四季度推出超過(guò)10,000個(gè)新物料
