汽車(chē)級瞬態(tài)電壓抑制器，提供專(zhuān)業(yè)級保護

挑戰

無(wú)論是傳統汽車(chē)和新能源汽車(chē)，安全、綠色、舒適的汽車(chē)電子系統是共同的訴求，汽車(chē)安全性包括零失效、功能安全和自診斷模塊;環(huán)境友好性指通過(guò)車(chē)載網(wǎng)絡(luò )的使用來(lái)減輕車(chē)重，從而降低能耗，還包括采用環(huán)保材料和工藝;強大的圖形圖像處理技術(shù)，直觀(guān)友好的人機界面都為駕駛者帶來(lái)舒適的駕駛體驗。

汽車(chē)中電子器件的技術(shù)含量和數量是衡量汽車(chē)性能一個(gè)重要標志。隨著(zhù)人們對駕駛的舒適性、安全性、娛樂(lè )性和經(jīng)濟性的要求日益苛刻，使汽車(chē)電子系統變得更加復雜，汽車(chē)中電子器件的數量也越來(lái)越多。ABS、電子點(diǎn)火系統、氣囊保護和倒車(chē)雷達等許多功能現已被當作標準配置，而這還遠遠不夠，因為人們對更精準的汽車(chē)控制和娛樂(lè )享受的追求沒(méi)有停歇。

然而，汽車(chē)電子的設計者在系統設計過(guò)程期間，將面臨眾多的技術(shù)挑戰，包括設計各種克服電氣危害的電路保護方法。這些系統中電氣危害的三大主要來(lái)源是靜電放電(ESD)、雷電以及電力電子電路中的開(kāi)關(guān)性負載?？朔茐能?chē)輛電子設備的瞬態(tài)浪涌是設計過(guò)程中最大的挑戰。

解決方案

汽車(chē)電子電路保護包括消除瞬態(tài)浪涌，因其將損害控制單元、娛樂(lè )系統電子設備、傳感器、噴油嘴、閥門(mén)、電機、12/24/42V傳動(dòng)系統和水解控制器等等。

Littelfuse瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)保護什么?

如圖1所示，力特瞬態(tài)電壓抑制器為車(chē)輛的四大主要類(lèi)型系統提供保護：安全性系統、高性能系統和低輻射、舒適系統和便捷系統，以及混合動(dòng)力汽車(chē)系統。

現代汽車(chē)設計中，所有車(chē)載電子設備連接到電池和交流發(fā)電機上。如圖2所示，交流發(fā)電機的輸出不穩定，用于為車(chē)輛其它系統提供電力前，要求進(jìn)一步調試。今天，大部份交流發(fā)電機具有穩壓二極管，從而防止負載波動(dòng)引起的浪涌電壓;但是，這些遠遠不夠。啟動(dòng)或切換感性負載期間，因為斷開(kāi)電池，從而產(chǎn)生尖峰電壓或瞬變，如不糾正，這些瞬變會(huì )沿著(zhù)電力線(xiàn)傳輸，導致個(gè)人電子設備和傳感器出現故障或永久性破壞車(chē)輛電子系統，從而影響整體可靠性。

汽車(chē)瞬態(tài)浪涌(非ESD)標準TPSMA6L

Littelfuse是瞬態(tài)電壓抑制二極管產(chǎn)品的主要供應商。LittelfuseTPSMB和TPSMA6L系統瞬態(tài)電壓抑制二極管可為敏感電子設備提供二次瞬態(tài)電壓保護、因負載變化引起的瞬變和其它瞬變電壓事件。汽車(chē)級TVS系列以小封裝提供優(yōu)越的電氣性能，允許設計者升級他們的電路保護，而勿須更改其現有設計包裝，或在新電路布局中，提供更有力的保護方案。

圖1 車(chē)輛系統受到瞬態(tài)浪涌危害

交流發(fā)電機/調壓器組裝(實(shí)際電路全波整流)

圖2 車(chē)輛電氣系統中大部分的瞬變由交流發(fā)電機造成

12V/24V系統中，負載變化引發(fā)的電壓波動(dòng)要求高能瞬態(tài)電壓抑制二極管。

汽車(chē)市場(chǎng)有兩大主要標準，概述了瞬態(tài)浪涌的防護：日本、美國和國際市場(chǎng)的JASO和ISO7637-2(浪涌)測試。JASO A-1 闡述了14V車(chē)輛系統的測試條件;JASO D-1闡述了27V車(chē)輛的測試條件。 以下測試標準是國際和美國的測試標準，包括負載變化、開(kāi)關(guān)瞬變和靜電放電威脅。

國際標準ISO 7637：

• 適用于公路車(chē)輛— 通過(guò)傳導和耦合進(jìn)行電氣干擾。

美國國家標準：

• SAE(汽車(chē)工程師學(xué)會(huì ))J1113

• GM 9105、ES-F2af-1316-AA 福特 (偉世通)

關(guān)于ISO7637-2 脈沖的更多信息：

• 汽車(chē)電磁兼容瞬變要求

圖3a 不同脈沖的浪涌波形及其大小

汽車(chē)環(huán)境測試級別

表 1 各脈沖 ISO7637-2 的測試級別

• 各脈沖的四種性能級別

–不同 o/c 電壓

–負極和正極

–脈沖持續時(shí)間 0.1–400ms

–單一脈沖和脈沖串

–瞬變電壓抑制及其工作模式

圖 3b 瞬態(tài)電壓抑制二極管被用于各種汽車(chē)系統用作分流/瞬態(tài)浪涌保護器

如圖3所示，瞬態(tài)電壓抑制二極管TPSMA6L15A被置放于電子控制單元、傳感器、安全氣囊、控制器、電機等等之前的保護。交流發(fā)電機向電子設備供電時(shí)，瞬態(tài)電壓抑制二極管將防止不希望的瞬變，從而允許直流操作12-14V電壓的電氣系統。 汽車(chē)總線(xiàn)保護

目前最流行的通信總線(xiàn)標準是CAN和LIN母線(xiàn)。

CAN總線(xiàn)(控制區域網(wǎng)絡(luò ))是一種汽車(chē)總線(xiàn)標準，旨在允許微控制器和設備在車(chē)輛內相互通信，而勿須主機。

CAN 總線(xiàn)是一種以信息為導向的協(xié)議，專(zhuān)門(mén)為汽車(chē)應用程序設計，但目前同樣在其它區域使用，如航空航天、工業(yè)自動(dòng)化和醫療設備。

流行的高速CAN總線(xiàn)協(xié)議屬于ISO11898-2，在嚴酷環(huán)境下，該區別協(xié)議適用于高速(1.0Mbps)和中速(125Kbps)的應用程序。

ISO11898-2母線(xiàn)由CAN_H 和 CAN_L數據線(xiàn)以及共同接地信號組成。其有12V和24V系統，配備不同的總線(xiàn)電壓。

表 2 高速 CAN 規范

LIN (本地連接網(wǎng)絡(luò ))總線(xiàn)標準是串行網(wǎng)絡(luò )協(xié)議，用于車(chē)輛元件之間的通信。隨著(zhù)車(chē)輛中技術(shù)和設施實(shí)現的增長(cháng)，引發(fā)對廉價(jià)串行網(wǎng)絡(luò )的需求，因為使用CAN母線(xiàn)實(shí)現汽車(chē)中各元件的通信太昂貴。歐洲汽車(chē)制造商開(kāi)始使用不同串行通信拓撲，導致兼容性問(wèn)題。