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為汽車電子系統提供供電和保護,無開關噪聲,效率高達99.9%

發布日期:2020-08-20

為汽車電子系統供電時,不但需要滿足高可靠性要求,還需要應對相對不太穩定的電池電壓,具有一定挑戰性。與車輛電池連接的電子和機械系統具有差異性,可能導致標稱12 V電源出現大幅電壓偏移。事實上,在一定時間段內,12 V電源的變化范圍為–14 V至+35 V,且可能出現+150 V至–220 V的電壓峰值。其中有些浪涌和瞬變在日常使用中出現,其他則是因為故障或人為錯誤導致。無論起因為何,它們對汽車電子系統造成的損害難以診斷,修復成本也很高昂。

通過總結上個世紀的經驗,汽車制造商對會干擾運行、造成損壞的電子狀況和瞬變進行了分類。國際標準化組織(ISO)對這些行業知識進行編譯,制定出適用于道路車輛的ISO 16750-2和ISO 7367-2規范。汽車電子控制單元(ECU)使用的電源至少應該能夠承受這些狀況,且不造成損壞。至于關鍵系統,則必須保持其功能性和容差。這需要電源能夠通過瞬變調節輸出電壓,以保持ECU運行。理想情況下,完整的電源解決方案無需使用保險絲,可以最大限度降低功耗,且采用低靜態電流,在不耗盡電池電量的情況下,支持系統始終保持開啟。

ADI公司發布了多份刊物,詳細介紹ISO 7367-2和ISO 16750-2規范,以及如何使用LTspice®模擬這些規范。1,2,3,4

在最近的迭代中,ISO 7367-2電磁兼容規范主要介紹來自相對較高的阻抗源(2 Ω至50 Ω)的大幅度(>100 V)、短時持續(150 ns至2 ms)瞬變。這些電壓峰值通常可以使用無源組件消除。圖1顯示定義的ISO 7367-2脈沖1,以及增加的330 μF旁路電容。電容將尖峰幅度從–150 V降低至–16 V,完全在反向電池保護電路支持的范圍內。ISO 7367-2脈沖2a、3a和3b的能耗遠低于脈沖1,所需的抑制電容也更少。

ISO 16750-2主要介紹來自低阻抗源的長脈沖。這些瞬變無法輕松過濾,通常需要使用基于穩壓器的主動式解決方案。一些更具挑戰性的測試包括:負載突降(測試4.6.4)、電池反接(測試4.7)、疊加交變電壓測試(測試4.4),以及發動機啟動工況(測試4.6.3)。圖2顯示了這些測試脈沖的視圖。ISO 16750-2中所示條件的差異性,加上ECU對電壓和電流的要求,通常需要合并使用這些方案,以滿足所有要求。

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