OBU ETC的汽車(chē)電子拋負載解決方案

 

 

ETC的前裝現在緊鑼密鼓在設計裝機中，但是對車(chē)載電子的電磁兼容問(wèn)題困擾很多工程師，汽車(chē)系統的供電來(lái)源于發(fā)電機和蓄電池，行走的汽車(chē)的供電有很多瞬變狀況發(fā)生，這些對負載都有會(huì )明顯的影響，具體類(lèi)別可以查詢(xún)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)/安全組的設計工程師需要考慮電路保護來(lái)對付這些瞬變。提供適當的電路保護有助于確保安全。也有助于降低制造商的保修和服務(wù)相關(guān)成本。

 

ISO國際標準化組織很早都有相關(guān)的測試標準，這就要求汽車(chē)電子系統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(chē)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(shù)委員會(huì )ISO/TC 22取代ISO 7637拋負載等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標準適用于道路車(chē)輛電力電子系統/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性，”小節4.6.4 load dump中描述。當發(fā)電機傳送電流的負荷突然斷開(kāi)時(shí)發(fā)生負載突降（圖1）。在汽車(chē)電子產(chǎn)品中，這適用于在由發(fā)電機充電時(shí)故意或故障斷開(kāi)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(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的發(fā)電機當電池或其他重要負載突然斷開(kāi)的波形和參數。

 

 

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(guò)50A持續350毫秒的時(shí)間，設計工程師需要特別考慮過(guò)壓的時(shí)間。

 

ISO標準規定10個(gè)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(lái)維持當前的電壓不斷電維持工作。

 

 

汽車(chē)電子設計者可以用幾種方式解決電路保護問(wèn)題。

 

首先，有一個(gè)開(kāi)關(guān)解決方案。在這里，電源可能是設計給我們一個(gè)寬輸入范圍非同步降壓控制器，這將提供汽車(chē)電源拋負載保護。它通過(guò)切斷輸入電源到控制器或電子子系統，在指定的脈沖持續時(shí)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(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75 V，在高于這個(gè)電壓處設計開(kāi)路，對一些不能重啟的設備是不被允許的。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。在保護汽車(chē)電子子系統的基本方法中，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，選擇適當的電壓參數和功率，可以有效的對抗拋負載。

 

 

這對于半導體TVS 也是一個(gè)難題，常規的TVS器件都在5000W 以下功率，對于汽車(chē)拋負載的電性條件需要支持高達60多A的電流持續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(chē)用的TVS器件。按照TVS的曲線(xiàn)參數圖，在通過(guò)電流不斷增大的情況下，可以保持比較穩定的電壓輸出，確保后端電路的電力供應。

 

 

汽車(chē)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(chē)中日益增多的電子系統，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(chē)設計師需要實(shí)現短路保護，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系統主機廠(chǎng)要求汽車(chē)實(shí)驗室對部分產(chǎn)品要求5B的降檔測試，也許低功率可以滿(mǎn)足一些要求，但對整機的可靠性還是需要斟酌。

 

在今天的電子系統中，設計者可以通過(guò)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?；倦娐繁Ｗo功能應包括解決方案，提供一個(gè)非常低的鉗位電壓，發(fā)熱穩定，滿(mǎn)足rohs reach要求。

 

 

上圖中的紅圈中數據沒(méi)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(chē)廠(chǎng)都已經(jīng)慢慢積累了自己的發(fā)動(dòng)機數據，有自己的指標，上海雷卯電子也積累了很多客戶(hù)的測試數據，在設計時(shí)可以幫助客戶(hù)前期提供數據，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(zhù)成本的增加，但是好品牌是靠可靠性，穩定性來(lái)贏(yíng)得客戶(hù)，在質(zhì)保期內的0故障也是一種成本的節約。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(chē)電子系統設計工程師應該意識到ISO 16750對道路車(chē)輛的重要性。設計者必須確保電路保護符合車(chē)載保護標準，并理解它們包括標準化模擬，因為它們是在現實(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，為負載突降瞬態(tài)提供保護。這是指定的脈沖持續時(shí)間完成，然后重新連接，穩定條件恢復正常時(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)單一的組件與半導體瞬態(tài)抑制器件的電源電壓保護公司分流多余的汽車(chē)電子系統。用一個(gè)TVS二極管，瞬間箝位電壓，電流分流，保護后端DCDC，這種方法簡(jiǎn)單方便，目前已經(jīng)大量應用于各大車(chē)廠(chǎng)。

 

 

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