不論在引擎蓋下還是在駕駛室中,，如今的先進芯片組對汽車固有惡劣環(huán)境中常見的電氣危險格外敏感,。為了保護 汽車電子設備免受破壞性影響,，工程師們必須高度重視電氣 瞬態(tài)(如拋負載)的主要來源——交流發(fā)電機,。安全是汽車設計的首要考慮,。對消費者來說,，汽車是 一筆不菲的投入,，所以必須保護好它們,。最重要的是，汽 車出現(xiàn)安全問題,，人便命懸一線,。正因為如此，汽車廠家不惜采用氣囊、穩(wěn)定控制和胎壓監(jiān)測等各種安全技術,。但設計的安全性遠遠勝過這些外在保護系統(tǒng),。對于汽車電子設備來 說，不論大小,，安全都是設計考量的核心,。
圖1 實施拋負載保護的電路
圖2 壓敏電阻為直流電壓較低的汽車應用提供了高浪涌電流電路保
新型乘用車裝備的電子設備越來越多。而我們仍然處 在汽車設計巨大轉變的起點：車載信息娛樂系統(tǒng)和車聯(lián)網(wǎng)的 出現(xiàn)將在未來五年使得汽車上采用的微處理器數(shù)量翻番,。這 自然會導致對電子設備保護方案需求的增大,，尤其是在汽車 那樣的惡劣環(huán)境中。各種汽車電子設備,，從內置顯示到最新 的聯(lián)網(wǎng)技術,，都容易成為各種險情的攻擊對象，如開關負載 或瞬態(tài)電壓浪涌,、靜電放電和產(chǎn)生極端高壓的其他事件,。
現(xiàn)代汽車設計中，所有車載電子設備都要連接電池和 交流發(fā)電機,。交流發(fā)電機是電氣瞬態(tài)的主要來源,，其中最 糟的是拋負載。這種情況發(fā)生在電池已經(jīng)斷開而交流發(fā)電機 正在發(fā)電,、其他負載還在交流發(fā)電機環(huán)路上時,。如果置之不 理，電氣尖峰和瞬態(tài)將沿著電線傳遞,，導致個別電子設備和 傳感器故障,，或永久損壞汽車的電子系統(tǒng)。當然,，拋負載失控還會威脅車輛本身的安全性和可靠性,。
1 如何設計完善的拋負載保護
電路保護器件，包括瞬態(tài)電壓抑制(TVS)二極管和壓敏 電阻,，都是對敏感電子設備提供拋負載保護的有效手段,。選 擇TVS二極管不僅因為它們是響應時間快(鉗位電壓低)、漏 電電流小的硅雪崩器件,，還因為它們沒有固有磨損系數(shù),。變阻器一般作為瞬態(tài)浪涌保護的前線方案使用。實例包括保護小型電子設備的超小型表面貼裝多層壓敏電阻(MLV)器件和 保護小型機械設備,、電源和組件的傳統(tǒng)金屬氧化物壓敏電阻 (MOV),。
大多數(shù)現(xiàn)代交流發(fā)電機中，通過在擾動源上添加限流 TVS二極管抑制或鉗制拋負載幅度,。瞬態(tài)擾動應該內部抑制 或在擾動源端子上用抑制器件(TVS二極管)抑制,。作為一種 最佳實踐,，設計人員應該將TVS二極管盡可能靠近擾動源。 圖1為實施拋負載保護的電路,，標明了TVS二極管的設計位 置,。
2 二極管要通過AEC-Q101認證
汽車電子委員會(AEC)組件技術小組和其他監(jiān)管組織制 訂了嚴格的指導方針，廠家在設計,、生產(chǎn)和測試整車及組件 時必須遵循這些方針,。汽車行業(yè)使用的保護器件必須對瞬態(tài) 環(huán)境足夠魯棒，還能鉗位到足以保護集成電路的較低(電壓)
圖3 MOV對汽車子系統(tǒng)供交流發(fā)電機瞬態(tài)保護
水平,。選擇針對汽車應用的TVS二極管時，工程師應查找通 過AEC-Q101認證的產(chǎn)品,，該產(chǎn)品適合高可靠性應用并具有 適合汽車應用的峰值脈沖功率耗散額定值,。應考慮用具有 高峰值脈沖功率耗散額定值(如5,000W (10/1000?s)或2,200W (10ms x 150ms))的TVS二極管為敏感電子系統(tǒng)提供甩負荷和 其他浪涌事件引起的瞬態(tài)電壓保護。選擇通過AEC-Q101認 證的產(chǎn)品將保證它們兼容很多高溫汽車應用,。
交流發(fā)電機瞬態(tài)電路保護可以使用金屬氧化物壓敏電 阻(MOV),。為敏感電子設備提供拋負載電壓瞬態(tài)保護，所 選MOV要具有高達5KA(8/20μs脈沖)的峰值浪涌電流額定 值以及可靠的能量吸收能力,。工程師應選擇符合工業(yè)標準 AEC-Q200 (表10)和ISO 7637-2的MOV,，保證它們適應惡劣 的汽車環(huán)境。
3 壓敏電阻可以在不同情況下應用
壓敏電阻為直流電壓較低的汽車應用提供了高浪涌電 流電路保護,，不論這些應用在汽車的乘客艙內還是在引擎蓋 下,。比如，MOV可以以Y形或三角形配置與交流發(fā)電機的繞
組線圈連接,，以鉗制瞬態(tài)電壓,。
圖4 MOV和TVS二極管能吸收觸點電弧和繼電器線圈產(chǎn)生的能量
也可以用MOV對汽車子系統(tǒng)(如氣囊、傳動系和氣候控 制)提供交流發(fā)電機瞬態(tài)保護,。也可以作為瞬態(tài)浪涌的分流 電阻使用,，避免直流電源線受浪涌影響(見圖3)。
開關繼電器和線圈也能產(chǎn)生瞬態(tài)電壓,。繼電器開關操 作時,，觸點處產(chǎn)生電弧，而線圈可能在磁場快速消失時釋放 巨大的瞬態(tài)能量,。這些事件可能損壞集成電路和其他敏感電 子設備,。MOV和TVS二極管能吸收觸點電弧和繼電器線圈 產(chǎn)生的這種能量 (見圖4)。
4 結論：為什么必須符合這些標準
汽車電子設備越來越多,，工程師需要設計出能在惡劣 環(huán)境下保證其使用壽命的正確解決方案,。由于車載電子設備 都與電池和交流發(fā)電機相連，所有電子設備的保護將從這里 開始,。TVS二極管和變阻器可根據(jù)不同情況使用,，保護車上 昂貴的電子設備,。車輛檢測時，國際標準設立了較高的安全 門檻,。因此,，保護器件的正確選擇必須達到甚至超過汽車行 業(yè)制訂的相關標準。