汽车电路中浪涌的防护措施

浪涌分为浪涌电压和浪涌电流。它们对电路的损害原理不同，因此要采取不同的防护措施加以防护。

（一）浪涌电压的防护措施

浪涌电压对电路的危害主要是由于产生的过电压超过了电器元件的额定电压，从而导致电器元件损害，PN节被击穿，控制电路控制失灵，误操作等。通常用压敏电阻（MOV）和瞬变电压抑制二极管（TVS）这些限压器件，来对电路中的浪涌电压进行抑制。

压敏电阻（MOV）最大的特点是，当它两端的电压低于其“阀值”电压时，压敏电阻的阻抗相当于开路状态，只有很小的漏电流通过；当电路电压超过它的“阀值”电压时，流过它的电流可以迅速增大，相当于通路。利用压敏电阻的特性，可以将电路电压钳制在“阀值”以内，防止后部电路受到过电压的损坏。压敏电阻的响应时间为NS级，结电容在几百到几千PF的数量级范围，其瞬间功率很大，但平均功率很小，不能长时间导通。

瞬变电压抑制二极管（TVS），是一种高效能的二极管保护器。其外形和电路符号都与普通二极管无异。当尖峰电压或者是浪涌电压冲击TVS管时，TVS管的阻抗能够以高达1×10-12秒的速率降低，允许一个大电流通过，其两端间的电压保持在一个预定的数值上，从而确保后面的电路元件免受瞬态高能量的冲击而被损坏。TVS相比于压敏电阻，其响应速度更快，结电容可以做到更低，钳位性、抗静电性更好，价格稍贵，但通流能力稍逊于压敏电阻，适用于电路IC级的防护。

（二）浪涌电流的防护措施

当汽车电子器件出现故障或者发生误操作，或者出现短路现象，很容易产生浪涌电流。浪涌电流会使导线和接点产生高温，烧毁绝缘，产生短路，甚至引起火灾。

电路中对浪涌电流的限制，有两种基本的方法：在电源电路中简单布置防护设备作为浪涌电流限制器，成为被动浪涌电流保护电路。在电路中布置浪涌防护限制器，当浪涌峰值消失后，浪涌防护设备被旁路成为主动浪涌电流保护电路。采用哪种限流方式主要取决于电源功率，设备承受浪涌电流冲击的频率，工作温度范围和系统成本等因素。

三、汽车电路浪涌防护方案举例

汽车运行工况复杂，在汽车电路中电磁继电器、电感性负荷很多，经常处于交替关断的状态，各种原因形成的浪涌，对汽车电路及各种车载电子元器件都会造成不同程度的损坏，解决汽车电路中浪涌问题，主要有以下解决方案。

（一）汽车12V/24V电源浪涌防护方案

本方案主要应用于汽车电源系统。汽车在起动瞬间和出现异常工作情况时会有很大的浪涌产生，对汽车电子产品造成损坏。对于汽车电源浪涌的防护，主要采用下面的防护方案。

本方案利用了TVS和PPTC，对汽车电源的后端电路进行了浪涌电压和浪涌电流的双重保护。如图1所示，在汽车电源电路中，当浪涌电压冲击时，瞬间电压抑制二极管（TVS）电阻迅速降低，可以吸收一个大电流，将电压钳制在额定值范围内，对电路形成第一时间的保护。TVS管动作速度快，但是通流能力有限，不能长时间工作，此时，正温度系数的热敏电阻（PPTC）随着电路温度的升高电阻迅速增大，抑制了电流的上升，起到第二保护作用。两种保护措施同时使用，克服了TVS管通流能力不强，和PPTS管动作时间慢的缺点，对电路的保护更加完善。此方案可以过IOS-7637-2标准的五类测试条件。

（二）汽车USB防护方案

车载电子设备不断增多。汽车USB接口应用越来越普遍，我们可以通过USB接口进行手机充电、车载MP4或插U盘听歌等。USB需要支持热插拔；传输速率高达480Mbps，不容忍丢包；USB芯片集成度高，很脆弱，易受静电损坏。下面以USB2.0为例来解析汽车USB浪涌防护方案。

在此方案如图2所示，采用了一个瞬态抑制二极管（TVS）。瞬态抑制二极管（TVS）的主要参数为：

TVS【BV-SR05】Vrwm：5.0V；Vb：6.0V；防静电能力（接触/空气）：8KV/15KV；结电容（f=1MHz）：1.2pF；封装为STO-143。

方案中，采用适用于USB2.0接口的BV-SR05限压型静电保护器件。USB的电源线，数据线用这颗TVS对地做防护，钳位静电电压。该器件采用节省空间的SOT-143和DFN-2510-10表面安装形式的封装，工作电压为5V，其电容值可以低到0.6PF，按照IEC 61000-4-2，ESD空气放电15KV、接触放电8KV。优点是体积小、效果好、反应时间快、价格便宜。

（三）车载网络系统电路保护方案

车载网络系统将扮演着越来越重要的角色。新型客车、卡车、公共汽车甚至摩托车都已装有移动的网络，将众多特征和功能连接在一起，如内置控制、移动媒体和无线网络。信息娱乐系统、远程信息处理、安全控制等的应用均需使用几种现有的网络标准，其中LIN、CAN、FlexRay就是重要的三种标准。

人们对汽车操控安全性和乘坐舒适的要求越高，汽车上电气设备就会越复杂。电气设备越精密，集成度越高，抵抗浪涌的能力反而越弱。因此，对汽车电路上的浪涌电压（或电流）的进行防护尤为重要。本文浪拓公司对汽车电路中浪涌产生的几大原理进行了分析，详细阐述了汽车电源浪涌防护，USB接口浪涌防护和车载网络系统电路浪涌防护等方案。这些方案，在众多车型电路浪涌防护中被采用，防护效果得到实验验证，是非常有效的解决浪涌问题的办法。