基于ISO7637標準的車載電源系統設計

電源系統包括防反接保護、浪涌保護、共模扼流、π型濾波和DC/DC處理五個部分。各部分工作原理如下：防反接保護使用一個普通二極管就可以實現。浪涌保護包括一個PPTC和TVS管，可以有效抑制類似于脈沖5的干擾。PPTC是熱敏電阻器，電阻隨溫度升高而增加。TVS是瞬態電壓抑制二極管，其具體選型原則后面詳細介紹。當有脈沖5干擾進入電源線路時，TVS會動作，對流向后端電路的瞬間電流進行分流，而受保護的后端電壓被限制在TVS兩端的箝制電壓。PPTC的動作速度慢于TVS，在大電流的作用下，PPTC呈高阻，會斷開后級電路，可以起到減少TVS瀉流時間，保護TVS的功能。共模扼流部分是一個共模扼流圈，能有效抑制高頻共模噪聲，提高電源電路的抗電磁干擾，同時抑制電路自身向外發射干擾。π型濾波電路進一步濾除噪聲，凈化進入后端電路的電源。DC/DC處理根據實際應用完成各種類電源轉換，例如5V、3.3V、1.8V等。本電源系統選用車載級的DC/DC芯片A8498。它具有8～50V的寬電壓輸入范圍。輸出可調，范圍為0.8～24V。輸出驅動能力達到3A，能滿足各種后端負載的需求。其輸入管腳邊上配備一大一小兩個電容，除了濾除噪聲，還具有儲能的作用，其中極性大電容C5使用高品質鉭電容。因為A8498的最低工作電壓為8V，在遇到脈沖4的干擾時，電壓跌落會達到6V，為保證在跌落的短瞬間A8498仍能提供正常輸出，大電容的容值要足夠大，在輸入電壓跌落時能提供足夠儲能。方案實際測試結果表明電容C5的值至少要為220μF。

電源系統的詳細電路設計如圖2所示。

圖2 電源系統電路圖

類似于脈沖5的浪涌脈沖具有能量大、作用時間短的特點，會對系統電路造成不可修復的破壞，因此對脈沖5的抑制是整個前端保護電路設計的重點。首先要確定整個被保護系統的最大輸入電壓，A8498的最大耐壓值為50V，所以在發生脈沖5的浪涌沖擊時，TVS管必須能把電壓鉗制在50V以下。TVS管選型有幾個重要參數：可承受的反向電壓Vrwm、反向崩潰電壓Vbr、抑制電壓Vc。Vrwm必須大于系統的正常輸入工作電壓，以防止TVS管對正常輸入電壓進行動作。Vbr和Vc要小于被保護電路的最大耐壓值，同時盡量接近該值。TVS管的額定最大功率必須大于類似脈沖5干擾的最大功率，以防止被擊壞。