在汽車電子中，電源瞬態(tài)浪涌可能對電子設(shè)備造成永久的損壞。隨著汽車上電子設(shè)備應(yīng)用的逐年增多，各家汽車廠商在實(shí)踐中積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在某些特定場景下的電源瞬態(tài)變化更易對設(shè)備造成損壞。因此車廠都制定相關(guān)的測試規(guī)范，重點(diǎn)測試在這些電源瞬態(tài)下，電子設(shè)備的抗干擾能力，硬件設(shè)計(jì)中必須預(yù)留足夠的防護(hù)手段以抑制這些電源極端情況的影響。表1列出在汽車電子系統(tǒng)中常見有害的電源瞬態(tài)情況。

表1. 汽車電子中常見有害的電源瞬態(tài)

各家廠商的測試標(biāo)準(zhǔn)也逐漸形成統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)，本文簡要介紹 ISO 標(biāo)準(zhǔn)中對汽車電子設(shè)備電源測試的要求，具體包括

ISO 7637-2

和

ISO 16750-2

中所闡述的汽車電源中可能遭遇的惡劣條件，如負(fù)載突變、電池反接和過壓等場景下對應(yīng)的電源測試要求。

ISO 7637-2

ISO 7637 全稱 Road vehicles -- Electrical disturbances from conduction and coupling，是一項(xiàng)針對 EMC 的測試標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)分三大部分：

ISO 7637-1:2015 -Definitions and general considerations

ISO 7637-2:2011 -Electrical transient conduction along supply lines only

ISO 7637-3:2016 -Electrical transient transmission by capacitive and inductive coupling via lines other than supply lines

盡管是emc測試的標(biāo)準(zhǔn)，有需要做檢測認(rèn)證整改的朋友聯(lián)系我https://docs.qq.com/doc/DVGtUWm1nZE94UFhS 、ISO 7637 也包含對電源測試的要求（ISO 7637-2）。在2011年，ISO 7637 將其中與 EMC 不相關(guān)的電源測試，例如 Load Dump 測試的 Pulse 5a, 5b 移到 ISO 16750-2，但標(biāo)準(zhǔn)中仍然保留著電源瞬態(tài)測試波形 Pulse 1, 2a, 2b, 3a 和 3b。

ISO 16750-2

ISO 16750 全稱 Road vehicles -- Environmental conditions and testing for electrical and electronic equipment，是針對汽車電子設(shè)備環(huán)境應(yīng)力測試的標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)分五大部分：

ISO 16750-1:2006 -General

ISO 16750-2:2012 -Electrical loads

ISO 16750-3:2012 -Mechanical loads

ISO 16750-4:2010 -Climatic loads

ISO 16750-5:2010 -Chemical loads

本文只關(guān)注此標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)電源測試部分，即 ISO 16750-2。ISO 7637-2 和 ISO 16750-2 針對 12V 和 24V 電源系統(tǒng)有不同的測試要求，本文僅討論 12V 電源系統(tǒng)。表2列出的是ISO 16750-2標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)電源測試部分。

表2. 電源測試標(biāo)準(zhǔn)測試項(xiàng)目（ISO 16750-2）

下面先從電源瞬態(tài)變化“黑名單”中赫赫有名的Load dump說起，再逐步介紹兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中定義的其它測試要求。

Load Dump

Load dump，中文“拋負(fù)載”，是指斷開電源與負(fù)載的瞬間，由于負(fù)載突變而引起電源電壓急劇的變化，拋負(fù)載可能引起兩類問題：

對設(shè)備的供電失效

感性發(fā)電機(jī)產(chǎn)生大電壓尖峰

在汽車電子領(lǐng)域，Load dump是指在蓄電池充電時(shí)，斷開發(fā)電機(jī)與蓄電池的連接而引起發(fā)電機(jī)輸出大電壓尖峰，從而使得其它連接到發(fā)電機(jī)電源的設(shè)備受到破壞的威脅。如下圖1所示，在交流發(fā)電機(jī)內(nèi)部包含感性線圈和整流器，在對蓄電池進(jìn)行大電流充電時(shí)，這時(shí)如果突然斷開蓄電池，由于感性器件的電流無法突變，將引起交流發(fā)電機(jī)輸出電壓急劇上升，此電壓尖峰可能高達(dá)120V，并需要持續(xù)400ms后消退（如圖2）。

圖1. 標(biāo)準(zhǔn)的3相定子繞組 + 6個(gè)整流二極管產(chǎn)生直流電配置

圖2. Load Dump（Unclamped）

早期的交流發(fā)電機(jī)沒有引入鉗位設(shè)計(jì)，在Load dump的情況下，會(huì)產(chǎn)生高達(dá)100V的尖峰電壓。如今的交流電機(jī)設(shè)計(jì)中會(huì)增加鉗位設(shè)計(jì)（圖3），在12V電源系統(tǒng)中，Load dump一般被鉗位在35V；而在24V電源系統(tǒng)中，Load dump一般被鉗位在60V。注意，雖然ISO 16750-2有規(guī)定包含鉗位設(shè)計(jì)的交流電機(jī)輸出電壓會(huì)被鉗位在35V，但各家車廠可能有自定義的最高電壓標(biāo)準(zhǔn)。

圖3. Load Dump（Clamped）

在 ISO 16750-2 中針對交流發(fā)電機(jī)輸出是否包含鉗位設(shè)計(jì)，定義了兩種Load Dump電源測試波形，Test A 和 Test B，如圖4所示：

Test A—without centralized load dump suppression

Test B—with centralized load dump suppression

圖4.Load Dump電源測試波形（ISO 16750-2）

在Load dump測試中，ISO 16750-2 與 ISO 7637-2 最顯著的區(qū)別在于， ISO 16750-2要求在10分鐘內(nèi)，每隔1分鐘對DUT打一次Load dump電源測試波形，而ISO 7637-2只要求測試一次。

在 ISO 7637-2 和 ISO 16750-2中均定義了電機(jī)輸出的內(nèi)阻 Ri ，其值在 0.5Ω ~ 4Ω 之間，Ri可以有效抑制輸出到外部電路的最大能量，如圖5所示。需要注意的是，Ri在有鉗位保護(hù)功能電機(jī)中是位于鉗位二極管之前，也就是說，如果采用 TVS 管作為電源入口的Load Dump保護(hù)，而且鉗位電壓小于電機(jī)輸出的鉗位電壓（35V）的話，必須確保該TVS管具有足夠的能力吸收Load Dump所有的能量。在有的設(shè)計(jì)中，也可能在TVS管前串接電阻（圖中未標(biāo)出）以輔助耗散Load Dump下的能量，但串阻不僅會(huì)引起電源線上的壓降，而且在設(shè)備正常工作時(shí)，它也會(huì)產(chǎn)生一定的功耗。

圖5. 電源接口TVS保護(hù)示意圖

標(biāo)準(zhǔn)測試：ISO 7637-2

在 ISO 7637-2 中定義的電源瞬態(tài)測試包括：

PULSE 1

Pulse 1 定義與感性負(fù)載并聯(lián)的電子設(shè)備在電源收到干擾時(shí)的浪涌波形。如圖6所示，電源從正常工作電壓降到 0V ，在 100us 之后施加衰退時(shí)間為 2ms ，尖峰值 -150V 的負(fù)脈沖，測試Setup中包括 10Ω 串阻以限制負(fù)脈沖的能量。

圖6. ISO 7637-2 Pulse 1

PULSE 2A

Pulse 2A 定義電流瞬間注入待測電子設(shè)備引起正電壓尖峰。當(dāng)電子設(shè)備突然停止吸收電流時(shí)，存在線束中的電流由于感性不能突變，因此形成電壓尖峰。如圖7所示，電源從正常工作電壓在 1us 內(nèi)上升到 112V，持續(xù) 0.05ms ，測試Setup中包括 2Ω 串阻以限制電壓尖峰的能量。

圖7. ISO 7637-2 Pulse 2A

PULSE 2B

Pulse 2B 定義關(guān)閉點(diǎn)火器，使用直流電機(jī)作為電源時(shí)發(fā)生的狀況，例如汽車熄火后加熱器仍在工作，在自身停止旋轉(zhuǎn)前，鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)可以在短時(shí)間內(nèi)為系統(tǒng)提供直流電源。如圖8所示，電源從正常電壓在 1ms 內(nèi)降低到 0V ，持續(xù) 1ms 升高至 10V ，最終再緩慢下降到 0V 。

圖8. ISO 7637-2 Pulse 2B

PULSE 3A & 3B

Pulse 3A 和 3B 定義開關(guān)和繼電器在操作過程中電弧放電引起的正/負(fù)電壓尖峰。如圖9所示，測試Setup中包括 50Ω 串阻以限制電壓尖峰的能量。

圖9. ISO 7637-2 Pulse 3A & 3B

PULSE 5A & 5B

Pulse 5A 和 5B 即上文提及的 Load Dump 測試。如圖10所示，對于 Pulse 5A，ISO 16750-2 定義的上升沿為 10% (US-UA)到 90% (US-UA) ，而 ISO 7637-2 定義的是 10% US 到 90% US；對于 Pulse 5B ，ISO 16750-2 和 ISO 7637-2 在 US 和 US* 的上升時(shí)間 tr 有細(xì)微的差別（圖4）。

圖10. ISO 7637-2 Pulse 5A & 5B

表3列出的是 ISO 7637-2 和 ISO 16750-2 在 Load Dump 中測試參數(shù)的對比。

表3. Load Dump測試參數(shù)比較（ISO 16750-2 VS. ISO 7637-2）

在 ISO 7637-2 中有定義不同的測試等級（I - IV），其中 I 和 II 因?yàn)閰?shù)值設(shè)置較低，不符合實(shí)際情況，在改版的新標(biāo)準(zhǔn)中已刪除，如表4所示。

表4. ISO 7637-2 測試等級（12V 電源系統(tǒng)）

審核編輯黃宇