汽车电子电源保护： 我不是一颗“芯”在战斗!

摘要：

我国对汽车EMC的要求越来越规范和严格，普通单芯片的TVS保护已经不能满足车厂的要求，所以雷卯电子推出汽车级，双芯片，三芯片TVS，主要应对7637抛负载的测试保护。

一、电源危害类型

这种电气应力威胁主要参考ISO 7637-2和ISO 10605标准。

图1显示了主要供电电压瞬变形式的图示。

图1：供电线上的各种浪涌波形

“6 V Crank”是由汽车起动引起的。暂降的能量需发动机使电源电压下降到6 V。

“87V Load dump”抛负载是由于放电电池与发电机断开而引起的，当交流发电机产生充电电流时，这个瞬变可以持续400毫秒，而等效发电机内阻被指定为最低0.5Ω至最大4Ω。

“+ 150 - 220 V Spikes”是由于点火系统点燃汽油混合物必须的电压，这个尖峰的频率取决于发动机的转速和气缸数。

“

24 V Jump start”的结果是临时应用过电压超过了电池电压，电路电源可能遭受暂时过电压。由于调节器失灵或故意产生时就有必要提高条件启动汽车。在这种情况下，部分汽车修理时采用24伏电池跳启动汽车，汽车规格要求支持这种过电压应用持续60秒。

“Reverse battery”是电池反转的结果。系统必须能承受由于电池极性接反产品的反电压。

“25KV ESD Spikes”是静电放电（ESD）的结果。

所有这些电压波动都可能通过传导或辐射危害电子产品的正常使用。

最有威胁的电压瞬变是由抛负载和跳启动引起的电压瞬变，但所有其他危害都可能影响电子模块的正常运行。

二、电源危害保护

针对电路上产生的种种威胁，如何做到有效的保护而又不影响行车供电，需要在电路的电源侧做一些保护措施。

市面上做汽车电子产品的客户越来越多，由于不熟悉标准，或者没有汽车电源保护设计方面的经验，使得产品在可靠性实验室屡次测试失败或装在整车上总是经常失效，引起我们的关注。

所以有必要推广一些可靠的方案来让大家的电路更安全，高效。

从图1的波形图看出，电气危害的能量其实就是竖坐标波形幅度和横坐标波形宽度的占比，

所以容易看出，87V load dump是威胁最大的一个测试项目，这个项目常常称作ISO7637-2 P5A，或者ISO16750 PUSLE A。

对于超标的波形，有很多种方案可以选用：

1、直接关断

2、电压抑制

各种方法都有采用的场合：

直接关断：是保护后端设备最有效而且最直接的办法，若该汽车电子产品是车上可有可无的产品，允许对其断电，则可以采用第1种保护措施，这种措施一般是采用高耐压的MOS管取样开关。

电压抑制：这种方案多用于汽车关键部件，因为需持续供电，保证供电端的电压存在。

第2种保护措施是目前整车厂比较认可的方案，其电路图如下图2：

图2：抛负载保护方案

雷卯电子汽车级Power TVS顾名思义，是高功率的TVS，通流量大，箝位电压低，所以特别适用于汽车电子的电源保护。

图3示意了电路设置TVS前后的浪涌电压和电流波形的对比。

Vs=100V表示的是原12V 系统的测试电压，一般为100V=87+13;

Vcl=36.5V 表示增加了TVS后端电路的电压曲线，看得出电压得到有效的抑制，确保后端芯片不会损坏；

Ip=125A 表示通过TVS的瞬时大电流达到125A，因为TVS器件的导通，大电流的流过，使得非常强的浪涌得到泄放，电路安全。

Tj表示了，经过每次波形测试后，器件、板卡的温度有增加。

图3：电路设置TVS前后波形图

三、需要什么级别的TVS

从专业角度，大家知道汽车电子分为12V 系统和24V 系统，具体理解为12V系统用于乘用小汽车，而24V系统则用于大客车、货车、特种车。

这2套系统的测试指标和级别各不相同，故分类说明。

我国对汽车EMC的要求越来越规范和严格，普通单芯片的TVS保护已经不能满足车厂的要求，所以雷卯推出汽车级，双芯片，三芯片TVS，主要应对7637抛负载的测试保护。

针对12V系统，根据各大整车厂的内部标准，我们测试了以下各种双芯片、三芯片的TVS产品应用。

表一 12V系统TVS测试通过表

项目	ISO 7637 Test Pulse 5a
12V system
UA/B	13.5V
US	87V	87V	87V	87V	80V(JASO标准)	87V
Ri	4	2	2	2	0.8	0.5
td	100ms	50ms	150ms	400MS	200ms	400ms
pulses	10次	10次	10次	10次	10次	10次
LeiditechAuto TVS Solution	SMDJ24A SMDJ22A	5.0SMDJ22A 5.0SMDJ20A	6.6SMDJ22A 6.6SMDJ20A	P8S22CA SM8S22A	P8S22CA	P8S24CA

表二 24V系统TVS测试通过表

项目	ISO 7637 Test Pulse 5a
24V system
UA/B	27V
US	123V	123V	174V	174V	174V	174
Ri	4	2	4	2	1	1
td	350ms	350ms	350ms	350MS	100MS	200MS
pulses	10次	10次	10次	10次	10次	10
Leiditech Auto TVS Solution	5KP36CA	P5S36CA	P6S36CA SM8S36A	P8S36CA P8S33CA	P10S36CA P10S36CA	P12S33CA P12S36CA

四、测试仪器如何设置

7637测试仪器各式各样，但是要关注测试指标非常重要，示波器设置好对应的电压和电流，可以抓取到波形。

图4：抛负载参数设置界面图

图5：示波器波形图