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汽车EMC之7637-2抛负载脉冲试验解析（一）
5 }+ R8 G# R: j% j- [作者：雷卯胡光亮9 v. C+ E; h1 [
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一、7637-2中波形5A的测试标准。
2 d/ }! A* m: c; l1 V: S; E- v 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。- j9 E, Q4 k/ E8 t' ^9 T! m& W8 f
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。& Q, A& Q$ e7 N' t! y* v/ ^5 N- B' h
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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？”
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在此我对波形的几个具体参数做个简单的解释，" N2 y4 ~: b6 D7 `! d: j
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。3 w7 ^3 F$ y8 J8 j, H1 \( H
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8 d X* U& p. b5 o2.第二个测试参数Ri =0.5Ω-4Ω，这是一个系统内阻指标。, N& R. [! ]' o( m' g; h3 m
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。* D4 f6 R$ K0 Q8 x
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：5 ], b. z" w4 z5 z. J$ t1 L
IPP= （Vin– Vc） ⁄ Ri
m% a4 l+ b( ?3 U$ n IPP： 峰值钳位电流
# w$ X- \* z2 B4 [ Vin： 输入电压
7 M6 w1 {6 F7 S2 g3 J# e# C3 l/ F9 A Vc： 钳位电压* h! z! p+ T/ ]" h9 c8 c) P
Ri： 线路阻抗
' l, E& O B0 x8 l4 n9 R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。; x$ W( z( S. `% J& S. M5 b2 H
3.第三个指标是Td，是指脉冲宽度 Td=40ms -400ms。
+ H; }* ~* [2 L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。- n/ ]1 a* D: g& Q) V
二、7637-2 P5A保护设计方案7 j5 V3 ]& w& L5 P: j
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。6 |2 Q8 O g0 W( f1 t' z: ~2 [
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。
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2 w+ Y' ]$ s# ?: o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。
: g0 [; ]$ i7 `- I6 c确保Vc小于这个最大电压。
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( ?" P7 ?% e# e( H% r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。9 _! E' r6 g! P% ^; U" L) R
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1 `7 h5 A9 k& g, r5 j2 P$ K. x7 o1 Q( S 6 \, p, k. R X- X, O. M* ~
三、如何选用正确的TVS3 S1 D( m* s% g1 q3 P
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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。 I# H+ C( |0 A P% n5 ?9 b
我们看下TVS的参数和特性曲线：
+ s2 R- W4 W7 Z8 Y: l![]() 6 E6 f. }$ |- s$ z/ Z( G1 g: }, C, ^
击穿电压(VBR)
; G$ d. P/ T0 d3 [1 |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
) C" G# a: A1 _ D6 ?4 K最大击穿电压(VC)5 X3 \9 d0 M6 q8 n7 _) H3 y5 J
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。
; q0 ^, \8 j1 Q& G z7 h/ C. M反向工作电压(VRWM)：
x0 p; {3 J% S7 d4 d0 @+ l- \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。![]()
$ Y7 D2 h s; B# F3 S. n# z7 t, J根据之前的能量公式：* D8 W) z7 M0 u5 s( \1 ^
IPP= （Vin– Vc） ⁄ Ri8 p8 k+ k: M* _1 o6 b$ Z# I1 I6 l
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 D4 [; o% C& Z2 O; K
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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