设计汽车转换器时，尺寸、成本和可靠性是关键因素。为了满足这些标准，最简单的双向拓扑；选择同步降压/反向升压转换器。最大限度地提高能源效率也至关重要，在...
汽车应用电路保护技术
接线图
2023年09月07日 20:03 246
admin
本文概述了用于汽车应用的电路保护技术。它简要描述了 ESD 保护、负载突降保护以及接线期间可能发生的短路（应用负载）和电源故障。
本文概述了用于汽车应用的电路保护技术。它简要描述了 ESD 保护、负载突降保护以及接线期间可能发生的短路（应用负载）和电源故障。
今天生产的汽车的预期寿命比过去任何时候都长。这部分归功于材料和设计的改进。一项重大变化是电子设备和系统的增加取代了机械设备。然而，如果没有适当的电气保护，这些电子系统可能会在没有警告的情况下发生故障，让消费者只能祝愿“美好的时光”。
为汽车环境设计电子产品非常具有挑战性。必须预见到较大的温度波动。大多数应用需要 –40 至 +85 °C 的工业温度范围。引擎盖下的应用可能更加极端。湿度范围从沙漠最低到沼泽最高。添加海边盐雾、道路盐或只是大量时间；腐蚀会影响电气连接和电气绝缘的质量。必须考虑冲击和振动，以及在车内布线、门、座椅、车窗、后视镜、踏板、转向柱等存在相对运动的地方出现夹点的可能性。
静电放电保护
静电放电有多种来源。当乘客在车内走动时，电荷可能会累积。将个人设备插入汽车音响系统的简单操作即可将 ESD 注入系统输入。汽车天线上流动的干燥空气会导致无线电输入端积聚 ESD。从事电子系统工作的技术人员可以将 ESD 注入汽车乘员通常无法接触到的端口。
多层压敏电阻 (MLV) 器件是经典的 ESD 保护器件，以 Littelfuse 的 MLA 系列为代表。它们的电容值为数百 pF，因此它们可能不适合高速数据线。聚合物 ESD 器件（例如 TE Con??nectivity PESD 系列）提供低于 1pF 的电容。终极低电容 ESD 器件采用封装气隙。Bourns 的 CG0402MLU 系列器件就是一个最大电容仅为 0.05pF 的示例。然而，所有这三种技术都具有相当高的瞬时“允通”电压，在 ESD 事件期间通常超过 100V。为了限制这些电压，必须使用硅二极管技术，例如 Littelfuse SP3021 系列，该技术可提供低得多的钳位电压和低于 1pF 的低电容。
负载突降保护
负载突降电涌是汽车应用所特有的。负载突降脉冲是汽车 12V 电源总线上由于交流发电机输出电压调节相当缓慢而引起的瞬时电压尖峰。突然移除电源总线上的大负载（例如断开的电池、熔断的电源保险丝等）将导致交流发电机输出突然跳至60伏或更高。电压可能需要长达 400 毫秒的时间才能恢复到正常容差。
与以皮秒为单位测量的 ESD 脉冲或以微秒为单位测量的闪电脉冲相比，这些抛负载脉冲非常非常长。TVS 二极管的浪涌额定值是通过半衰期仅为一毫秒的脉冲来测量的。这意味着典型的 600W TVS 二极管可能无法承受持续 400 毫秒的 10W 脉冲。对于 15 伏二极管来说，这还不到一安培！幸运的是，许多交流发电机都包含浪涌抑制二极管，可以降低汽车内安装设备的负载突降保护要求。负载突降要求的解决方案可能包括金属氧化物变阻器 (MOV) 或瞬态电压抑制器 (TVS) 二极管器件作为过压保护，并与用于限制浪涌电流的固定电阻器或正温度系数 (PTC) 电阻器相结合（见图 1）。
在选择组件时必须非常小心，因为数据表针对的是更短的浪涌脉冲，并且将浪涌耐受额定值外推到负载突降脉冲范围是很棘手的。硅过压器件提供精确的钳位电压，确保受保护的电路能够正常工作。
短路（应用负载）和电源故障
工厂安装的保险丝和断路器可以处理汽车配电线路中的短路问题。然而，控制器与其负载之间的接线也可能发生短路和其他故障。例如车窗除霜器、门锁、辅助照明和行李箱安装音响系统。由于关键连接器和夹点处的腐蚀可能会导致短路，这些点可能会发生导体间歇性接地。
电压调节器故障也可能导致电源故障，安装过程中不正确的跨接启动连接和接线错误可能导致极性反接。甚至有可能由于夹点或腐蚀而发生电源交叉事件，其中电源线将完整的电池电压注入到低压控制线或精密的传感器输入上。防止反极性保护通常是通过电源输入上的串联二极管来实现的。二极管的额定值必须能够处理为受保护设备供电的保险丝电流。
可以使用主动保护电路（限流器、自动关机等）将设备 I/O 端口设计为“强化”以承受这些事件。然而，对这种保护的需求往往直到设计周期的后期才被意识到。此时，设计灵活性通常仅限于添加额外的保护电路。
本文概述了用于汽车应用的电路保护技术。它简要描述了 ESD 保护、负载突降保护以及接线期间可能发生的短路（应用负载）和电源故障。
今天生产的汽车的预期寿命比过去任何时候都长。这部分归功于材料和设计的改进。一项重大变化是电子设备和系统的增加取代了机械设备。然而，如果没有适当的电气保护，这些电子系统可能会在没有警告的情况下发生故障，让消费者只能祝愿“美好的时光”。
为汽车环境设计电子产品非常具有挑战性。必须预见到较大的温度波动。大多数应用需要 –40 至 +85 °C 的工业温度范围。引擎盖下的应用可能更加极端。湿度范围从沙漠最低到沼泽最高。添加海边盐雾、道路盐或只是大量时间；腐蚀会影响电气连接和电气绝缘的质量。必须考虑冲击和振动，以及在车内布线、门、座椅、车窗、后视镜、踏板、转向柱等存在相对运动的地方出现夹点的可能性。
静电放电保护
静电放电有多种来源。当乘客在车内走动时，电荷可能会累积。将个人设备插入汽车音响系统的简单操作即可将 ESD 注入系统输入。汽车天线上流动的干燥空气会导致无线电输入端积聚 ESD。从事电子系统工作的技术人员可以将 ESD 注入汽车乘员通常无法接触到的端口。
多层压敏电阻 (MLV) 器件是经典的 ESD 保护器件，以 Littelfuse 的 MLA 系列为代表。它们的电容值为数百 pF，因此它们可能不适合高速数据线。聚合物 ESD 器件（例如 TE Con??nectivity PESD 系列）提供低于 1pF 的电容。终极低电容 ESD 器件采用封装气隙。Bourns 的 CG0402MLU 系列器件就是一个最大电容仅为 0.05pF 的示例。然而，所有这三种技术都具有相当高的瞬时“允通”电压，在 ESD 事件期间通常超过 100V。为了限制这些电压，必须使用硅二极管技术，例如 Littelfuse SP3021 系列，该技术可提供低得多的钳位电压和低于 1pF 的低电容。
负载突降保护
负载突降电涌是汽车应用所特有的。负载突降脉冲是汽车 12V 电源总线上由于交流发电机输出电压调节相当缓慢而引起的瞬时电压尖峰。突然移除电源总线上的大负载（例如断开的电池、熔断的电源保险丝等）将导致交流发电机输出突然跳至60伏或更高。电压可能需要长达 400 毫秒的时间才能恢复到正常容差。
与以皮秒为单位测量的 ESD 脉冲或以微秒为单位测量的闪电脉冲相比，这些抛负载脉冲非常非常长。TVS 二极管的浪涌额定值是通过半衰期仅为一毫秒的脉冲来测量的。这意味着典型的 600W TVS 二极管可能无法承受持续 400 毫秒的 10W 脉冲。对于 15 伏二极管来说，这还不到一安培！幸运的是，许多交流发电机都包含浪涌抑制二极管，可以降低汽车内安装设备的负载突降保护要求。负载突降要求的解决方案可能包括金属氧化物变阻器 (MOV) 或瞬态电压抑制器 (TVS) 二极管器件作为过压保护，并与用于限制浪涌电流的固定电阻器或正温度系数 (PTC) 电阻器相结合（见图 1）。在选择组件时必须非常小心，因为数据表针对的是更短的浪涌脉冲，并且将浪涌耐受额定值外推到负载突降脉冲范围是很棘手的。硅过压器件提供精确的钳位电压，确保受保护的电路能够正常工作。
短路（应用负载）和电源故障
工厂安装的保险丝和断路器可以处理汽车配电线路中的短路问题。然而，控制器与其负载之间的接线也可能发生短路和其他故障。例如车窗除霜器、门锁、辅助照明和行李箱安装音响系统。由于关键连接器和夹点处的腐蚀可能会导致短路，这些点可能会发生导体间歇性接地。
电压调节器故障也可能导致电源故障，安装过程中不正确的跨接启动连接和接线错误可能导致极性反接。甚至有可能由于夹点或腐蚀而发生电源交叉事件，其中电源线将完整的电池电压注入到低压控制线或精密的传感器输入上。防止反极性保护通常是通过电源输入上的串联二极管来实现的。二极管的额定值必须能够处理为受保护设备供电的保险丝电流。
可以使用主动保护电路（限流器、自动关机等）将设备 I/O 端口设计为“强化”以承受这些事件。然而，对这种保护的需求往往直到设计周期的后期才被意识到。此时，设计灵活性通常仅限于添加额外的保护电路。
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