瞬態電壓抑制器(TVS)：保護汽車電子產品

在甩負荷過程中，需要對發電機的動態行為進行總體考慮：

a) 在甩負荷情況下，發電機的內部電阻主要是發電機的轉速和激磁電流的函數。可以通過下面的關系式計算處甩負荷測試加上發電機的內部電阻RiRi=( 10 X UnomX Nact) / ( 0.8 X IratedX 12,000min-1)這里Unom 是發電機的額定電壓；Nact 是轉速為6000轉/分鐘的發電機的額定電流(ISO 8854中給出的)Irated是在相互作用的幾分鐘里實際的發電機轉速。

兩個大家熟知的試驗模擬了這個條件：美國的ISO-7637-2 Pulse 5，和日本用于14V動力總成的JASO A-1和用于27V動力總成的JASO D-1。在這部分，我們會概括在14V動力總成中用于甩負荷的TVS應用。甩負荷試驗的標準和結果美國的ISO-7637-2 Pulse 5和日本的JASO A-1針對14V動力總成的模擬條件如下表。

一些汽車制造商在ISO-7637-2 Pulse 5基礎上，針對甩負荷測試采用了不同的條件。可以用下面的等式估算甩負荷TVS的峰值鉗位電流。峰值鉗位電流的計算公式IPP= (Vin– VC) ⁄ RiIPP: 峰值鉗位電流Vin: 輸入電壓VC: 鉗位電壓Ri: 線路阻抗

在87V 的ISO-7637-2測試對13.5V電池，0.75Ω Ri和400ms脈沖寬度條件下，Vishay的SM5S24A的電流和電壓波形，如圖7A所示。

圖7A：在ISO 7637-2測試中SM5S24A的鉗位電壓和電流圖7B：在ISO7637-2測試中甩負荷TVS失效情況下的鉗位電壓和電流在圖7B中，在87V的ISO-7637-2測試對13.5V電池，0.5Ω Ri和400ms脈沖寬度條件下，甩負荷TVS的鉗位電壓和電流失效，因為器件耗散過大。鉗位電壓降到接近0V，流過器件的電流達到線路阻抗隨能允許的最大值。在ISO-7637-2pulse 5規定的13.5V Vbatt和400ms脈沖寬度的測試條件下，Vishay甩負荷TVS的最大鉗位能力如圖7C所示。為防止出現圖7B中的失效情況，要非常重視TVS的最大等級。





針對負電壓瞬態和反向電源電壓的保護


用于汽車電子初次保護的甩負荷TVS有兩類：外延型和非外延型。在反向偏置模式下，這兩個產品組有相近的工作擊穿特性。不同之處在于，外延性TVS在正向模式下具有低正向壓降(VF)特性，非外延型TVS在同樣條件下的VF相對高一些。這個特性對連到電源在線的負電壓源很重要。大多數CMOSIC和LSI在反向電壓特性都非常差。


MOSFET的柵極在-1V或更低的反向電壓下也很脆弱。在反向電源輸入模式中，電源線的電壓域TVS VF的電壓相同。這種反向偏置模式會引起電子線路的故障。EPI PAR TVS的低正向壓降能夠很好地解決這個問題。保護電路免受反向電源輸入損害的另一個方法是在電源線中放一個極性保護整流器，如圖8所示。極性保護整流器應該有足夠的正向電流等級，以及正向浪涌和反向電壓性能。


VL = (Vmin⁄ (Vmin⁄ IL)) × ((Vmin⁄ IL) – R)VL:負載電壓Vmin:最小輸入電壓IL:負載電流R:電阻阻值R的功率等級= I2R


對于大多數電壓穩壓器和DC/DC轉換器IC，電源電壓要高于最小輸入電壓，避免低壓輸入引起電路的誤操作。由于汽車系統中的安全和可靠是非常重要的考慮因素，這些內容不在本文的討論范圍內。


參考文獻1.ISO/DIS-7637-2.3 2004 Road vehicles – Electrical disturbances from conduction and coupling – Part 2. Electrical transient conduction along supply lines only.2.ES-XW7T-1A278 - ACComponent and Subsystem Electromagnetic Compatibility,Worldwide Requirements and Test Procedures, Ford Motor Company3.JASO D 001-94 Japanese Automobile standard4.IEC 61000-4-5 International Standard Electromagnetic Compatibility (EMC) – Part 4-5: Testing and measurement techniques, surge immunity test


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