瞬态电压抑制器(TVS)：保护汽车电子产品

在甩负荷过程中，需要对发电机的动态行为进行总体考虑：

a) 在甩负荷情况下，发电机的内部电阻主要是发电机的转速和激磁电流的函数。可以通过下面的关系式计算处甩负荷测试加上发电机的内部电阻RiRi=( 10 X UnomX Nact) / ( 0.8 X IratedX 12,000min-1)这里Unom 是发电机的额定电压；Nact 是转速为6000转/分钟的发电机的额定电流(ISO 8854中给出的)Irated是在相互作用的几分钟里实际的发电机转速。

两个大家熟知的试验模拟了这个条件：美国的ISO-7637-2 Pulse 5，和日本用于14V动力总成的JASO A-1和用于27V动力总成的JASO D-1。在这部分，我们会概括在14V动力总成中用于甩负荷的TVS应用。甩负荷试验的标准和结果美国的ISO-7637-2 Pulse 5和日本的JASO A-1针对14V动力总成的模拟条件如下表。

一些汽车制造商在ISO-7637-2 Pulse 5基础上，针对甩负荷测试采用了不同的条件。可以用下面的等式估算甩负荷TVS的峰值钳位电流。峰值钳位电流的计算公式IPP= (Vin– VC) ⁄ RiIPP: 峰值钳位电流Vin: 输入电压VC: 钳位电压Ri: 线路阻抗

在87V 的ISO-7637-2测试对13.5V电池，0.75Ω Ri和400ms脉冲宽度条件下，Vishay的SM5S24A的电流和电压波形，如图7A所示。

图7A：在ISO 7637-2测试中SM5S24A的钳位电压和电流图7B：在ISO7637-2测试中甩负荷TVS失效情况下的钳位电压和电流在图7B中，在87V的ISO-7637-2测试对13.5V电池，0.5Ω Ri和400ms脉冲宽度条件下，甩负荷TVS的钳位电压和电流失效，因为器件耗散过大。钳位电压降到接近0V，流过器件的电流达到线路阻抗随能允许的最大值。在ISO-7637-2pulse 5规定的13.5V Vbatt和400ms脉冲宽度的测试条件下，Vishay甩负荷TVS的最大钳位能力如图7C所示。为防止出现图7B中的失效情况，要非常重视TVS的最大等级。





针对负电压瞬态和反向电源电压的保护


用于汽车电子初次保护的甩负荷TVS有两类：外延型和非外延型。在反向偏置模式下，这两个产品组有相近的工作击穿特性。不同之处在于，外延性TVS在正向模式下具有低正向压降(VF)特性，非外延型TVS在同样条件下的VF相对高一些。这个特性对连到电源在线的负电压源很重要。大多数CMOSIC和LSI在反向电压特性都非常差。


MOSFET的栅极在-1V或更低的反向电压下也很脆弱。在反向电源输入模式中，电源线的电压域TVS VF的电压相同。这种反向偏置模式会引起电子线路的故障。EPI PAR TVS的低正向压降能够很好地解决这个问题。保护电路免受反向电源输入损害的另一个方法是在电源线中放一个极性保护整流器，如图8所示。极性保护整流器应该有足够的正向电流等级，以及正向浪涌和反向电压性能。


VL = (Vmin⁄ (Vmin⁄ IL)) × ((Vmin⁄ IL) – R)VL:负载电压Vmin:最小输入电压IL:负载电流R:电阻阻值R的功率等级= I2R


对于大多数电压稳压器和DC/DC转换器IC，电源电压要高于最小输入电压，避免低压输入引起电路的误操作。由于汽车系统中的安全和可靠是非常重要的考虑因素，这些内容不在本文的讨论范围内。


参考文献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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