适合汽车ISO16750-2抛负载保护的TVS器件选型

Load dump，中文“抛负载”，是指断开电源与负载的瞬间，由于负载突变而引起电源电压急剧的变化，抛负载可能引起两类问题：

1. 对设备的供电失效

2. 感性发电机产生大电压尖峰

在汽车电子领域，Load dump是指在蓄电池充电时，断开发电机与蓄电池的连接而引起发电机输出大电压尖峰，从而使得其它连接到发电机电源的设备受到破坏的威胁。如下图1所示，在交流发电机内部包含感性线圈和整流器，在对蓄电池进行大电流充电时，这时如果突然断开蓄电池，由于感性器件的电流无法突变，将引起交流发电机输出电压急剧上升，此电压尖峰可能高达120V，并需要持续400ms后消退（如图2）。

图1. 标准的3相定子绕组 + 6个整流二极管产生直流电配置

图2. Load Dump（Unclamped）

早期的交流发电机没有引入钳位设计，在Load dump的情况下，会产生高达100V的尖峰电压。如今的交流电机设计中会增加钳位设计（图3），在12V电源系统中，Load dump一般被钳位在35V；而在24V电源系统中，Load dump一般被钳位在60V。注意，虽然ISO 16750-2有规定包含钳位设计的交流电机输出电压会被钳位在35V，但各家车厂可能有自定义的最高电压标准。

图3. Load Dump（Clamped）

在ISO 16750-2中针对交流发电机输出是否包含钳位设计，定义了两种Load Dump电源测试波形，Test A 和 Test B，如图4所示：

· Test A—without centralized load dump suppression

· Test B—with centralized load dump suppression

图4. Load Dump电源测试波形（ISO 16750-2）

在Load dump测试中，ISO 16750-2 与 ISO 7637-2 最显著的区别在于， ISO 16750-2要求在10分钟内，每隔1分钟对DUT打一次Load dump电源测试波形，而ISO 7637-2只要求测试一次。

在 ISO 7637-2 和 ISO 16750-2 中均定义了电机输出的内阻Ri，其值在0.5Ω~4Ω之间，Ri可以有效抑制输出到外部电路的最大能量，如图5所示。需要注意的是，Ri在有钳位保护功能电机中是位于钳位二极管之前，也就是说，如果采用TVS管作为电源入口的Load Dump保护，而且钳位电压小于电机输出的钳位电压（35V）的话，必须确保该TVS管具有足够的能力吸收Load Dump所有的能量。在有的设计中，也可能在TVS管前串接电阻（图中未标出）以辅助耗散Load Dump下的能量，但串阻不仅会引起电源线上的压降，而且在设备正常工作时，它也会产生一定的功耗。

图5. 电源接口TVS保护示意图

测试标准要求

表3. Load Dump测试参数比较（ISO 16750-2 VS. ISO 7637-2）

测试能量分析

图6: load dump 和TVS 10/1000浪涌能量对比

从以上图片可以看出load dump能量需求远大于常规TVS的能量，所以在电源侧的保护TVS需按照能量分布认真选型。

电源电路有自身的安全工作区，就是钳位电压不能太高，而TVS也有自己的安全工作区，就是通过电流不能超过最大IPP。

首先根据汽车电路的12V系统和24V系统分类，根据不同的测试要求，TVS工作电压一般选取24V和36V产品来满足测试要求。

举例说明：

测试指标202V 3.5Ω 350ms测试指标，首先抛开持续时间，我们可以计算TVS的浪涌电流是否满足测试需求。

首先可以单体测试雷卯电子SM8S36A的产品规格，示波器参数如下图，该波形的钳位电压52V，远低于一般电路要求的60V的限额，所以可以很好的起到保护作用。

选型表格: