車(chē)載信息中心電路保護措施

　　新型客車(chē)、卡車(chē)、公共汽車(chē)甚至摩托車(chē)都已成為移動(dòng)的網(wǎng)絡(luò )，將眾多特征和功能連接在一起，如內置控制、移動(dòng)媒體和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )。信息娛樂(lè )系統、遠程信息處理、安全控制等的應用均需使用幾種現有的網(wǎng)絡(luò )標準，如LIN、CAN、MOST、IDB- 1394、FlexRay、Byteflight 、內置控制藍牙和其他標準。

　　網(wǎng)絡(luò )應用可通過(guò)線(xiàn)束進(jìn)行物理連接。絕大多數內置控制器、內置或接插式多媒體以及無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )功能通過(guò)車(chē)載電池直接供電或通過(guò)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)通電。不斷增多的敏感車(chē)載電子設備容易受到電氣系統本身、人為干擾或甩負荷變化的影響。

　　圖1中顯示了最常見(jiàn)的電源軌瞬態(tài)，從嚴重的低電平—高能量到高電平—低能量的瞬態(tài)變化。特別關(guān)注的是，這些電源系統上的瞬態(tài)變化應滿(mǎn)足 ISO7637-2和ISO10605標準。

　　甩負荷和跨接起動(dòng)產(chǎn)生了最具能量的瞬態(tài)。當汽車(chē)啟動(dòng)時(shí)會(huì )產(chǎn)生6V的瞬態(tài)突變，導致電源電壓降至6V。當交流發(fā)電機產(chǎn)生充電電流時(shí)，充電電池與交流發(fā)電機斷開(kāi)，從而產(chǎn)生出甩負荷。
+100/-150V的峰電位是由于電燃汽油混合物時(shí)的點(diǎn)火程序所產(chǎn)生的。峰電位的頻率決定于汽缸的數量和發(fā)到發(fā)動(dòng)機的轉速。

　　超出電池電壓的過(guò)電壓突然變更會(huì )導致24V的跨接起動(dòng)瞬態(tài)。電池顛倒瞬態(tài)是由無(wú)意的顛倒電池而產(chǎn)生的。

　　圖 2顯示數據線(xiàn)路上產(chǎn)生的瞬態(tài)主要是ESD浪涌。盡管此類(lèi)浪涌為低能量，但是會(huì )產(chǎn)生強大的電磁場(chǎng)。

　　表1列出了幾種網(wǎng)絡(luò )應用以及常用于防止電路損傷的泰科電子的設備。

　　數據線(xiàn)路可以包括媒體傳輸線(xiàn)、數據總線(xiàn)和傳感器數據線(xiàn)路，應特別注意是否符合AEC-Q和ISO 10605標準。ISO10605 ±25kV的ESD浪涌測試可應用于整個(gè)系統，并可模仿人體接觸周?chē)娮幽K所產(chǎn)生的ESD影響。AEC-Q標準注重設備強度，包括人體模型測試、機械模型測試和充電設備模型測試（AEC-Q200針對無(wú)源元件而AEC-Q101適合分立的半導體）。

　　避免網(wǎng)絡(luò )和聯(lián)接元件受上述各種過(guò)電流、過(guò)電壓或過(guò)熱情況的影響而產(chǎn)生損傷，對于汽車(chē)制造商和元件供應商都提出了復雜的設計要求。

　　LIN拓撲：電路保護措施

　　12V 直流電情況下單線(xiàn)運行的總線(xiàn)速度達到20kbps，LIN（本地互聯(lián)網(wǎng)）提供低成本的車(chē)載網(wǎng)絡(luò )并補充了現有的車(chē)載服用網(wǎng)絡(luò )。LIN的典型應用包括開(kāi)關(guān)、驅動(dòng)器（如抬窗鎖門(mén)模塊）、調整舒適度的身體控制電子元件（如門(mén)、方向盤(pán)、座位和視鏡模塊）、以及電動(dòng)機和傳感器（如恒溫空調、照明、雨刷感應器、智能雨刷、智能交流發(fā)電機和開(kāi)關(guān)面板）。

　　LIN總線(xiàn)拓撲利用一臺獨立主機或ECU（電子控制單元）以及多個(gè)節點(diǎn)，如圖3所示。連接應用模塊至車(chē)載網(wǎng)絡(luò )使其可進(jìn)行診斷和提供服務(wù)。

　　除非在LIN標準中明確說(shuō)明以外，所有電壓可參照當地ECU接地且正電流流入ECU。如果存在一個(gè)集成電阻/二極管網(wǎng)絡(luò )，總線(xiàn)路和ECU內部供電（VSUP）之間不可形成寄生電流通路。這會(huì )對電路中的ESD浪涌遏制設備產(chǎn)生影響。

　　LIN總線(xiàn)標準要求當LIN總線(xiàn)路因正電壓小于 26.5V或接地而出現短路時(shí)，網(wǎng)絡(luò )應恢復正常工作。物理層上的ESD浪涌電阻根據IEC61000-4-2要求必須符合最低放電電壓電平±2kV。然而，ECU連接器上可能會(huì )出現達到±8kV的電平。

　　需要通過(guò)過(guò)電流保護對出現故障或過(guò)載現象時(shí)進(jìn)行過(guò)電流限制。同時(shí)也需要通過(guò)電路保護設備限制電壓尖峰或處于穩定的過(guò)電壓狀況。

　　圖4為協(xié)同的電路保護圖，顯示出一個(gè)設置在功率輸入的可復位PolySwitch器件如何在電源輸入端保護ECU和LIN節點(diǎn)連接器免受過(guò)電流情況的損傷，以及一個(gè)MLV（多層電壓敏電阻器）如何為車(chē)載網(wǎng)絡(luò )應用提供所需的高電流處理和能量吸收的過(guò)電壓保護。

　　CAN 拓撲：電路保護措施

　　CAN (控制域) 標準具有中速的特點(diǎn) (高速CAN達到1Mbps)。單通道、雙線(xiàn)且容錯，此協(xié)議是最普遍使用的車(chē)載總線(xiàn)設計，但是也應用到許多其他產(chǎn)業(yè)中。

　　CAN總線(xiàn)收發(fā)器可允許總線(xiàn)供電電壓高達+/-80V直流電。然而，甩負荷浪涌會(huì )產(chǎn)生出比ISO-7637-2標準（最大86.5V）中規定的更高瞬態(tài)，可能會(huì )損傷收發(fā)器。收發(fā)器的操作電流也因供貨商的不同而有所差異。

　　圖5顯示了如何在電源輸入端應用可復位PolySwitch設備和MOV（金屬氧化電壓敏電阻器）從而避免因車(chē)載供電系統中心的浪涌電流和電壓異常而產(chǎn)生的損傷。

　　CAN 接收器I/O上的兩個(gè)MLV可提供較低電容分路防護，避免共模電壓階躍而產(chǎn)生的電磁輻射(EME)的影響。

　　泰科車(chē)載級PolySwitch 設備達到AEC-Q200和SAE2685的嚴格要求，且具有大范圍的電氣特征和結構因子從而提供最有效的保護方案。

　　PolySwitch 設備如同傳統保險絲一樣在出現故障時(shí)阻斷危險的高電流。但是與傳統保險絲不同的是它可以在故障排除，電路重啟后自動(dòng)恢復。它的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是具有相對靈活的結構因子，使其可以直接安裝到電路板上和設置在電子模塊、接線(xiàn)箱和配電中心內部。

　　泰科電子的MOV設備可以與設備或被保護元件平行安裝。如果出現過(guò)電壓情況，MOV設備迅速從高阻狀態(tài)轉入低阻狀態(tài)，從而將元件上的瞬態(tài)電壓降至安全的工作電平。正常工作情況下，過(guò)電壓設備為高阻設備，不應對常規系統操作產(chǎn)生影響。該設備的低漏電功能也可改善電池的放電率。

　　MOST拓撲：電路保護措施

　　MOST (媒體導向系統傳輸)可為塑料光纖同步和異步數據傳輸的視頻和音頻功能和支持速度高達40+Mbps。MOST收發(fā)器適用于需要進(jìn)行實(shí)時(shí)處理的高寬帶設備，如DVD播放器、耳機、GPS設備和聲音控制。

　　實(shí)際上，MOST是一個(gè)節點(diǎn)網(wǎng)絡(luò )，用于傳輸車(chē)載多媒體和信息娛樂(lè )系統中出現的各種不同信號和數據流。

　　MOST標準支持多種物理接口，如圖6所示。MOST標準中，這些應用可參考功能塊。每個(gè)功能塊包括幾種功能（如一個(gè)CD播放器可以包括播放、停止、彈出和播放時(shí)間等功能）。

　　MLV通常用于ESD保護的供電總線(xiàn)，連同可復位過(guò)電流保護的PolySwitch設備。低電容PESD設備或 PESD陣列可安裝在ESD保護的數據線(xiàn)路上。

　　IDB- 1394拓撲：電路保護措施

　　IDB-1394車(chē)載結構可分為內置網(wǎng)絡(luò )和客戶(hù)便利端口，簡(jiǎn)稱(chēng)CCP，如圖7所示。該標準顯示了一種類(lèi)似于現有MOST標準的一種內置塑料光纖（POF）車(chē)載網(wǎng)絡(luò )。然后，該網(wǎng)絡(luò )更加穩固且更易使用。多種電子元件可以連接到此網(wǎng)絡(luò )，如DVD播放器、視屏顯示器、導航系統、無(wú)線(xiàn)電主機以及通訊設備。

　　CCP 端口包括一個(gè)車(chē)載等級1394b的物理層和連接器，允許用戶(hù)將便攜式設備連接到車(chē)輛，通過(guò)IDB-1394接口獲取音頻和視頻服務(wù)。CCP端口采用標準連接器，專(zhuān)為該設備供電而設計。

　　其供電特點(diǎn)無(wú)需額外電池或單獨電源線(xiàn)，讓客戶(hù)無(wú)需為插入的設備是否已經(jīng)通電而擔憂(yōu)。

　　IDB-1394 為高速多媒體應用而設計，總線(xiàn)速度高達800Mbps且要求通電端口具有可復位過(guò)電流保護。如圖8所示，PolySwitch設備可用于在出現故障時(shí)限制危險高電流。MLV可安裝到供電總線(xiàn)上避免ESD浪涌和過(guò)電壓瞬態(tài)所產(chǎn)生的損害。低電容PESD設備或PESD陣列也可安裝在數據線(xiàn)路上幫助提供ESD保護。

　　FlexRay 拓撲：電路保護措施

　　FlexRay協(xié)議專(zhuān)為線(xiàn)控應用所設計，如線(xiàn)控剎車(chē)和線(xiàn)控方向盤(pán)。該線(xiàn)控網(wǎng)絡(luò )方式支持同步和異步數據傳輸，數據傳輸率約為10Mb/s，具有時(shí)間觸發(fā)和事件觸發(fā)行為、冗位和容錯的特點(diǎn)。

　　該結構支持一“束”2個(gè)節點(diǎn)至64個(gè)節點(diǎn)，其功能主要依靠于兩種類(lèi)型的處理器—ECU和“活動(dòng)星”。 FlexRay通訊通過(guò)一個(gè)常用總線(xiàn)或一個(gè)星形連接在ECU之間進(jìn)行。FlexRay元件的總線(xiàn)輸入必須避免在總線(xiàn)路和系統供電電壓或地電位之間出現短路現象。

　　圖9顯示了ECU的調整后過(guò)電流/過(guò)電壓保護方案。該方案利用一個(gè)PolySwitch設備進(jìn)行過(guò)電流保護。

byteflight 拓撲：電路保護措施

　　byteflight協(xié)議是一個(gè)車(chē)載數據總線(xiàn)，為提供車(chē)載元件之間進(jìn)行非常安全且容錯的電子通訊手段而開(kāi)發(fā)。byteflight在總線(xiàn)、星形或集群配置中通過(guò)2線(xiàn)或3線(xiàn)塑料光纖（POF）達到10Mbps以上的速度。該系統結構中使用POF使其功能能夠在數據方面達到電氣上的獨立。然而，節點(diǎn)仍然從車(chē)載供電總線(xiàn)處獲得電流，而且會(huì )受到電磁干擾的影響。

　　構成該網(wǎng)絡(luò )的元件，如微處理器、 byteflight控制器和光收發(fā)器，容易因供電尖峰和反向電壓而受到損傷。集成電路(ICs)或許包括ESD保護，但是通常限制在2kV以下。

　　如圖10所示，PolySwitch設備和MLV可以保護這些模塊不受高能量過(guò)電壓和過(guò)電流瞬態(tài)的影響而產(chǎn)生損傷。

　　藍牙拓撲：電路保護措施

　　藍牙標準雖然最初并非為車(chē)載環(huán)境而設計，但已經(jīng)為車(chē)輛和其系統之間進(jìn)行溝通的移動(dòng)電子設備創(chuàng )造了新的市場(chǎng)前景，如手機、MP3播放器和導航設備。

　　保護暴露在外的通訊界面不受因天線(xiàn)和儀器無(wú)線(xiàn)(RF)界面所產(chǎn)生的ESD和其他電壓浪涌的影響是一個(gè)相當重要的設計問(wèn)題。圖2顯示了一個(gè)PolyZen集成過(guò)電流/過(guò)電壓設備如何幫助保護藍牙模塊的功率輸入。MOV或表面安裝的MLV也可用于避免車(chē)載麥克風(fēng)和擴音器界面上出現電壓瞬態(tài)。PESD設備可以用于避免電線(xiàn)出現ESD浪涌。（發(fā)布者：chiying）