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汽车EMC之7637-2抛负载脉冲试验解析（一）7 k0 e! m+ |1 Q
作者：雷卯胡光亮% q: ]' ~ t7 m3 y
- j7 y" u a5 t一、7637-2中波形5A的测试标准。( G0 f7 i3 y$ ^) l; t% X
波形5是模拟抛负载瞬态现象,在断开电池（亏电状态）的同时，交流发电机正在产生充电电流，而发电机电路上仍有其它负载时产生的瞬态，未断开时发电机的线圈内的的电流较大，断开时候突然电流变小，产生反动势；抛负载可能产生的原因是：因电缆腐蚀、接触不良或发动机正在运转时，断开与电池的连接。
9 e+ ]0 Y8 o( C. t D( r: c 波形5脉冲的幅度较高（100-200V,相对于系统电源电压来说，这已经算是高电压了）、宽度较大(达几百毫秒)、内阻又极低（几欧姆，甚至零点几欧姆），所以在ISO7637-2标准里，P5脉冲属于能量比较大的脉冲。除了考核被试设备在P5作用下的抗干扰能力外，在当前程度上还在考核它对设备元器件的破坏性。$ C- _) ~% q' W" n6 @
![]() 3 w* u5 Z4 t! @1 {5 {
雷卯电子针对12V系统做下简单的标准分析，其实这个标准兼容了一个很宽泛的值，如果终端客户说需要通过5A的测试，我们有必要在问一句：“请问，需要通过哪个具体的指标？”
& }. `* Y2 U0 V8 F0 B* `- e9 H ' s3 D8 g7 f# q& Y7 F) A. |
在此我对波形的几个具体参数做个简单的解释，0 ~8 ~4 H& s1 a
1.首先第一个参数是Us，测试范围是65V-87V，这是仪器施加在电路上的电压，并不包括产品的供电电压，具体的供电电压，可以看标准文件，一般我们选用13.5V的电压，所以实验室电路上的电压，可能是100V，这点在设计时是需要考虑的。& }8 U9 V- [- }& m% v
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6 q- \" k* `0 O; z* V2.第二个测试参数Ri =0.5Ω-4Ω，这是一个系统内阻指标。
; }6 E: K4 J' a' X P9 {它的具体数值主要取决于发电机的转速和励磁电流，这对于我们做板卡的客户来讲，是比较难拿到整车厂的关于发电机的电气参数的，可以直接问客户要到这个内阻的指标。* r/ m7 I9 ]% T2 o% a7 M, i. p
雷卯电子专注于电路保护，所以有必要强调下我们在实验室测试时，对内阻指标的非常关注，我们可以从以下的公式中，看到Ri这个测试指标对产品测试的重要性。做通过5A的测试，必须对整个电路进行箝位保护，箝位保护时会在旁路通过尖峰电流Ipp，峰值钳位电流的计算公式：
) Y9 t' @6 C: U- G2 y IPP= （Vin– Vc） ⁄ Ri
2 {! C& w3 l% ^% e$ q8 n+ f IPP： 峰值钳位电流
I" q" g3 [( S1 l1 V) q Vin： 输入电压
6 T; S2 o* b3 K. L Vc： 钳位电压
1 E- B6 f* Y) y. c \ Ri： 线路阻抗; }" d0 ^9 \% c& M& b) `+ m2 o
通过这个公式，假如内阻是0.5Ω和内阻是4Ω时，对比的电流是相差有8倍的能量，所以内阻做低，对电路保护的要求更加苛刻。- c# D0 W7 H7 f# p- S7 [
3.第三个指标是Td，是指脉冲宽度 Td=40ms -400ms。
1 Q6 a6 a0 i4 V2 k; C$ D这个波形宽度这就是汽车电子不同于工业产品的比较特殊的地方，工业品，消费品测试一般参考测试波形是10/1000us或8/20us的测试波形，1ms=1000us，所以汽车电子抛负载的能量，持续时间可想而知是同样电压的工业品测试的100倍。( d& v/ O. `4 J6 K+ I- `
二、7637-2 P5A保护设计方案
* E3 y/ L+ E$ P* f我们知道了P5A测试的各个参数定义和每个指标对整个测试结果的影响之后，就可以设计保护电路，应对客户的测试了。1 Q- A8 C# Q) R* Y1 q2 e {
我们要再次强调的是，抛负载P5A测试不通过的主要现象，都是电源芯片DC-DC被击穿，所以设计思路还是对电源芯片的保护。, h8 l8 R7 N: M% {, K% E* y6 E
9 B' u5 d* o: O7 k
在客户设计电路之前，我们经常要问客户要到DC-DC的产品规格书，这对于设计保护电路提供很好的选型依据，我们需要了解DC-DC转换器的最大输入电压。$ F0 D: a) Y. V% T7 ~3 }
确保Vc小于这个最大电压。
1 t ]* ~: T& F# w2 `7 ~
) z: z4 a$ I1 X$ u# P$ F* ]! g电路设计其实比较比较简单，一般分为一级保护和二级保护，二级保护常用于24V系统的总成中，因为其电源芯片的保护电压较低，需做限流和二次降压，可靠保护芯片。
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- `, x2 o: R/ s v9 M![]() ( K/ R: g, H: [* h0 ?& J! \
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三、如何选用正确的TVS
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TVS器件是过压保护的专业器件，反应速度快，而且是基于硅芯片的二极管，所以可以持续承受多次冲击但性能不会劣化。所以汽车电源口选择合适的TVS器件是可以顺利通过7637-2 P5A的测试。
9 p9 {& E0 @* \1 X+ I9 G4 k9 R我们看下TVS的参数和特性曲线：
( Y! r* f9 C+ g% ~![]() 1 R* O9 q% s7 A0 \) `- p2 J% {4 ^- u
击穿电压(VBR)
3 O: R) X# Q+ x4 |击穿电压是器件进入雪崩击穿的电压，在数据表上的特定电流条件下对其进行测试7 r" Q3 g! v4 s# M# h8 \/ T+ j8 f0 `
最大击穿电压(VC)- f/ ?1 M' m- v% A; T
在特定的峰值脉冲电流定额下，TVS上会出现钳位电压。TVS的击穿电压在非常小的电流下测得(例如1mA或10mA)，它不同于应用条件下的实际雪崩电压。因此，在一般TVS规格书中有1A电流时的箝位电压和最大承受电流时的箝位电压Vc。! s7 n1 E! U& F1 c4 G+ V8 b6 @+ o
反向工作电压(VRWM)：
# B- h- j' l7 k6 E+ ^最大反向工作电压指的是TVS在未击穿情况下所能承受的最高电压，一般是电路中的正常工作电压值，当电路中电压大于Vrwm时，系统认为是非正常的电压，一旦接近VBR ,则二极管就会反向导通，进入工作状态。![]()
! H$ K/ n' \9 e根据之前的能量公式：2 A. [0 H5 a/ [$ }, k
IPP= （Vin– Vc） ⁄ Ri+ o5 p1 @! Q8 S* m# s
我们可以从测试要求查询到Vin 和Ri，从后端电源芯片最大承受电压查询到Vc,所以可以初步估计到Ipp的大小。
( \6 t( Z/ V6 v* f3 t7 y8 X) O3 g$ L但是要注意的是所有厂家TVS的数据表中Ipp是基于10/1000us波形的数据，而我们实际的波形是抛负载400ms的电压波形，所以，选型TVS的电压和电流值，都是借鉴这个表格参考的，找到符合要求的型号进行测试，需要注意的是根据波宽时间的变长，对产品的功率要求会有很大的提高。在此我列举部分经验积累数据，仅供参考。
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发表于 2017-4-6 15:34
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