汽车内部、外部各种各样的电子及电磁干扰常常使汽车电子设备处于危险的工作状况,降低电子设备的性能,并可能引发故障甚至损坏。最严重的干扰—大幅值的正向、反向过压和瞬变—多数由汽车电子系统内部产生,或者是不恰当的(错误的)操作所致。
汽车内部产生的瞬态电压
在汽车电子网络中,电子控制单元(ECU)通过线束互联,大多数ECU直接或通过启动开关由汽车电池供电。即使在常规操作中也会存在电气干扰和高频影响,通过配线系统传导,最终耦合或以辐射方式干扰到车载电子设备。干扰源包括启动系统、交流电机、负载切换、开关抖动以及“抛负载” (即直流电机运行过程中切断电源,由此产生的电压)。
这些浪涌中最具破坏性的是“抛负载” (图1),这种情况发生在引擎正在运转的过程中,在交流电机正在给电池充电时断开电池连接。产生的瞬态电压幅度取决于断开连接时交流电机的转速和场激励的大小。这一浪涌过程可能持续几百毫秒,产生100V以上的电压,对半导体电路具有潜在的致命影响。
上述异常条件促使设计人员选择适当的保护措施,以避免电源故障造成的影响。分析显示抛负载脉冲是能量最强的一类干扰。为避免电子电路受此类脉冲的破坏,目前有两种保护措施:
- 在所有汽车交流电机内部采用中心电压钳位(中心抛负载抑制)。
- 为每个ECU提供保护电路。
瞬态抑制TVS二极管
雪崩二极管(与齐纳二极管类似)是能够抑制所有超出其击穿电压的钳位器件。它们能够吸收较高的能量,保护电子电路免遭尖峰电压和抛负载的破坏。这些二极管具有快速开启、缓慢关断特性。与其它过压保护器件(如:可变电阻)相比,雪崩二极管对过压事件的响应速度更快。其性能指标不会随着使用寿命的延长以及瞬态电压作用次数的增多而降低。在其击穿电压附近,雪崩抑制二极管具有较大的漏电流。这类二极管通常简称为TVS二极管。
浪拓公司分立式保护电路
一种简单且性价比较高的保护电路是将负载与钳位电路(如TVS二级管)并联,在电容之前加一个保险丝。该电路可使ECU在出现高于TVS二极管击穿电压的瞬态过压以及抛负载条件下为系统提供保护。当出现负的瞬态电压或稳定的反向电压时,TVS正向导通,从而将负向电压钳位在其导通电压(例如-1V),为后续电路提供保护。
■深圳浪拓电子(LangTuo)提供从金属、陶瓷到半导体的丰富电路保护产品,目前的产品系列包括气体放电管GDT、固态放电管TSS、瞬态抑制二极管、TVS二极管阵列。