過去，簡單的12 V鉛酸電池是幾乎所有汽車的普遍配置，這意味著保護車輛電氣設備免受靜電放電(ESD)是一項相對簡單的任務。然而，汽車結構正在發生根本性的快速變化，這意味著設計人員現在需要更廣泛的ESD保護器件選擇，以確保車輛在道路上安全運行。

這篇博客文章探討了導致汽車電力系統供電所用板網電壓變化的一些因素，并討論了Nexperia符合AEC-Q101標準的全新ESD保護器件產品組合的特性，其中包括靈活的選項，可保護采用12 V、24 V和48 V板網運行的電路板。

為何板網電壓不斷升高

汽車中的電氣和電子元件數量不斷增加，其所需的電量現已達到12 V電池系統的極限。合理的解決方法是增加電池電壓，為了適應這種變化，汽車公司已經開發出可以從24 V（現在通常用于重型商用車）到48 V運行的電氣系統，并且被越來越多的新型混合動力電動汽車(HEV)采用。

電池電壓不斷升高的趨勢意味著傳統的鉛酸電池最終可能會被鋰離子電池取代。與12 V電池相比，48 V系統的功率輸出和效率顯著提高。更高電壓的另一個優點是，在輸出相同功率的情況下，可以降低電流水平，這意味著可以使用更細、更輕的電纜，這對電動汽車來說是一個重要的要求。

因此，對于需要消耗大量電流的動力設備（如泵、壓縮機和懸架組件），更合適較高的電壓。配備48 V電池的車輛仍采用12 V系統來為電子控制單元(ECU)以及CAN和LIN等傳統汽車網絡接口供電。然而，這些系統的12 V電源是通過使用降壓轉換器降低48 V電池電壓來產生的。圖1顯示了用于描述各種電路板網電壓的條件。

圖1: Defining automobile battery voltage conditions

保護12 V CAN系統

控制器局域網(CAN)是一種值得信賴的傳統汽車通信協議，通常使用雙線雙絞線電纜來傳輸和接收串行數據（圖2）。CAN收發器在網絡中的協議控制器和物理總線線路之間提供物理鏈路。高速CAN指定傳輸速率高達1 Mbit/s，而低速容錯CAN指定數據速率高達500 kbit/s。CANL是指低電平CAN總線，CANH是指高電平CAN總線。在正常工作模式下，顯性態的值約為1.4 V，隱性態的值為5 V。在低功耗模式下，CANL的電壓與電池電壓相同（通常為12 V），但在正常工作模式下，顯性態電壓約為3.6 V，隱性態為0 V。為了防止ESD并確保仍能進行通信，可以在CANH和CANL線路上應用外部鉗位電路。Nexperia提供經過專門設計的ESD保護器件，以保護兩條CAN總線線路免受ESD及其他瞬變現象造成的損壞。由于CAN網絡可短路接至電壓源，例如汽車電池，因此CANL和CANH線路上的ESD保護器件必須能夠耐受更高電壓電平。為了安全承受跨接啟動條件或商用車中兩個12 V電池串聯的情況，Nexperia的ESD保護器件滿足24 V的最低要求截止電壓(VRWM)，并遵守ISO7637-2和ISO 16750-2 ESD保護標準。

圖2: Protecting a CAN system

保護24 V和48 V系統

汽車和小型車輛通常使用12 V電池電壓，而24 V板網通常用于卡車和商用車輛。根據ISO7637-2和ISO 16750-2 ESD保護標準，需要使用工作電壓通常高于32 V的ESD保護器件來保護24 V板網中的敏感信號線。Nexperia將新產品組合中的器件設計為最大反向截止電壓為36 V，并提供高達22 kV的ESD保護。該性能加上IPP = 1 A時的48 V低鉗位電壓VCL，為車載網絡提供了出色的系統級穩健性。Nexperia還為48 V網絡提供ESD保護器件，該設備滿足ISO 21780中定義的附加要求。

Nexperia的ESD保護器件

可最大程度地提高設計靈活性

為了實現最大的靈活性，該產品組合中的所有器件(12/24/48 V)均采用SOT23和SOT323封裝，具有4 pF、6 pF和10 pF三種不同的電容等級，有助于確保接口之間的順暢通信，而不會影響信號完整性。這種組合最大限度地提高了PCB設計的靈活性，并為設計工程師提供了多種性能選項。Nexperia全系列汽車ESD保護器件的規格如下表1所示。

表1：Nexperia汽車ESD保護器件規格

作者簡介

Andreas Hardock

Andreas Hardock擁有漢堡技術大學的博士學位，專攻信號完整性領域。自2015年以來，Andreas一直在BHTC和Continental負責汽車行業的工作，主要側重ESD和EMC主題。2020年，他加入Nexperia，專注于汽車高速應用中的ESD.

Nexperia (安世半導體)

Nexperia（安世半導體）總部位于荷蘭，是一家在歐洲擁有豐富悠久發展歷史的全球性半導體公司，目前在歐洲、亞洲和美國共有14,000多名員工。作為基礎半導體器件開發和生產的領跑者，Nexperia（安世半導體）的器件被廣泛應用于汽車、工業、移動和消費等多個應用領域，幾乎為世界上所有電子設計的基本功能提供支持。

Nexperia為全球客戶提供服務，每年的產品出貨量超過1,000億件。這些產品在效率（如工藝、尺寸、功率及性能）方面成為行業基準，獲得廣泛認可。Nexperia擁有豐富的IP產品組合和持續擴充的產品范圍，并獲得了IATF 16949、ISO 9001、ISO 14001和ISO 45001標準認證，充分體現了公司對于創新、高效、可持續發展和滿足行業嚴苛要求的堅定承諾。

Nexperia：效率致勝。