基于ISO7637标准的车载电源系统设计

电源系统包括防反接保护、浪涌保护、共模扼流、π型滤波和DC/DC处理五个部分。各部分工作原理如下：防反接保护使用一个普通二极管就可以实现。浪涌保护包括一个PPTC和TVS管，可以有效抑制类似于脉冲5的干扰。PPTC是热敏电阻器，电阻随温度升高而增加。TVS是瞬态电压抑制二极管，其具体选型原则后面详细介绍。当有脉冲5干扰进入电源线路时，TVS会动作，对流向后端电路的瞬间电流进行分流，而受保护的后端电压被限制在TVS两端的箝制电压。PPTC的动作速度慢于TVS，在大电流的作用下，PPTC呈高阻，会断开后级电路，可以起到减少TVS泻流时间，保护TVS的功能。共模扼流部分是一个共模扼流圈，能有效抑制高频共模噪声，提高电源电路的抗电磁干扰，同时抑制电路自身向外发射干扰。π型滤波电路进一步滤除噪声，净化进入后端电路的电源。DC/DC处理根据实际应用完成各种类电源转换，例如5V、3.3V、1.8V等。本电源系统选用车载级的DC/DC芯片A8498。它具有8～50V的宽电压输入范围。输出可调，范围为0.8～24V。输出驱动能力达到3A，能满足各种后端负载的需求。其输入管脚边上配备一大一小两个电容，除了滤除噪声，还具有储能的作用，其中极性大电容C5使用高品质钽电容。因为A8498的最低工作电压为8V，在遇到脉冲4的干扰时，电压跌落会达到6V，为保证在跌落的短瞬间A8498仍能提供正常输出，大电容的容值要足够大，在输入电压跌落时能提供足够储能。方案实际测试结果表明电容C5的值至少要为220μF。

电源系统的详细电路设计如图2所示。

图2 电源系统电路图

类似于脉冲5的浪涌脉冲具有能量大、作用时间短的特点，会对系统电路造成不可修复的破坏，因此对脉冲5的抑制是整个前端保护电路设计的重点。首先要确定整个被保护系统的最大输入电压，A8498的最大耐压值为50V，所以在发生脉冲5的浪涌冲击时，TVS管必须能把电压钳制在50V以下。TVS管选型有几个重要参数：可承受的反向电压Vrwm、反向崩溃电压Vbr、抑制电压Vc。Vrwm必须大于系统的正常输入工作电压，以防止TVS管对正常输入电压进行动作。Vbr和Vc要小于被保护电路的最大耐压值，同时尽量接近该值。TVS管的额定最大功率必须大于类似脉冲5干扰的最大功率，以防止被击坏。