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        用于汽車電子保護的瞬態電壓抑制器(TVS)

        作者: 時間:2012-12-03 來源:網絡 收藏

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        6:針對ISO-7637-2測試條件,標準的VS和Ri取值范圍分別為65V~87V和0.5Ω~4Ω。

        一些汽車制造商針對基于ISO-7637-2 Pulse 5的甩負荷測試采用了不同的條件。估算甩負荷的峰值鉗位電流的公式為IPP=(Vin–VC)/Ri,其中,IPP為峰值鉗位電流,Vin為輸入電壓,VC為鉗位電壓,Ri為線路阻抗。

        在87V電源電壓(Vs)、13.5V電池電壓(Vbatt.)、0.75Ω Ri和400ms的ISO-7637-2測試中,Vishay公司SM5S24A電流和電壓波形如圖7A所示。

        在圖7B中,在87V VS、13.5V Vbatt.,0.5Ω Ri和400ms脈寬的ISO-7637-2測試中,甩負荷的鉗位電壓和電流失效,因為器件耗散過大。鉗位電壓下降到接近于0,而流過器件的電流上升到線路阻抗允許的最大值。

        在具有13.5V Vbatt和400ms脈寬的ISO-7637-2 pulse 5測試條件下,Vishay甩負荷的最大鉗位性能如圖7C所示。為防止出現圖7B中的失效,需要充分考慮TVS的最大定額。

        針對負向瞬態電壓和反向電源電壓的保護

        用于汽車電子初級保護的甩負荷TVS有兩類:外延型和非外延型。在反偏模式下,這兩組產品具有相似的擊穿工作特性。不同之處在于,外延型TVS在正向模式下具有低正向壓降(VF)特性,非外延型TVS在相同條件下VF相對較高。這個特性對加在電源線上的反向電壓很重要。大多數CMOS IC和大規模集成電路(LSI)的反向電壓特性都很差。

        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,電源線電壓與TVS VF的電壓相同。這種反偏模式會引起電子線路故障。外延型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種方法是在電源線上使用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額定電流及正向浪涌和反向電壓性能。

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        圖9:次級保護電路

        汽車電源線的次級保護

        汽車系統中保護電路的初級對象是高浪涌電壓,但是被鉗位的電壓仍然很高。因此,在24V動力總成中的次級保護特別重要,比如卡車和貨車中的動力總成。其主要原因是因為大多數穩壓器和DC-DC轉換器IC的最大輸入電壓是45V~60V。對于此類應用,建議使用圖9中的次級保護。

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        圖8:反偏狀態

        在電源線上增加電阻R可以減小瞬態電流,這樣就可以使用更小額定功率的TVS作為次級保護。電子單元中的微控制器和邏輯電路需要的電流為150mA~300mA,在-18℃下12V電池的最小輸出電壓為7.2V,同樣條件下,24V電池的最小輸出電壓為14.4V。同樣條件的24V電池中,在300mA負載、R=20Ω的條件下電源電壓為8.4V,在R=10Ω和14.4V的最低電壓(24V電池在-18℃時的電壓)條件下為11.4V。計算公式為:VL=(Vmin/(Vmin/IL))×((Vmin/IL)–R),其中,VL為負載電壓,Vmin為最小輸入電壓,IL為負載電流,R為電阻阻值,R的額定功率=I2R。

        對于大多數穩壓器和DC/DC轉換器IC而言,電源電壓要高于最小輸入電壓,以避免低壓輸入引起電路誤操作。

        安全性和可靠性也是汽車系統中非常重要的考慮因素,但這些內容不在本文的討論范圍之內。
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