【導讀】汽車(chē)電子的設計者在系統設計過(guò)程期間，將面臨眾多的技術(shù)挑戰，包括設計各種克服電氣危害的電路保護方法。這些系統中電氣危害的三大主要來(lái)源是靜電放電（ESD）、雷電以及電力電子電路中的開(kāi)關(guān)性負載?？朔茐能?chē)輛電子設備的瞬態(tài)浪涌是設計過(guò)程中最大的挑戰。
挑戰
無(wú)論是傳統汽車(chē)和新能源汽車(chē)，安全、綠色、舒適的汽車(chē)電子系統是共同的訴求，汽車(chē)安全性包括零失效、功能安全和自診斷模塊；環(huán)境友好性指通過(guò)車(chē)載網(wǎng)絡(luò )的使用來(lái)減輕車(chē)重，從而降低能耗，還包括采用環(huán)保材料和工藝；強大的圖形圖像處理技術(shù)，直觀(guān)友好的人機界面都為駕駛者帶來(lái)舒適的駕駛體驗。
汽車(chē)中電子器件的技術(shù)含量和數量是衡量汽車(chē)性能一個(gè)重要標志。隨著(zhù)人們對駕駛的舒適性、安全性、娛樂(lè )性和經(jīng)濟性的要求日益苛刻，使汽車(chē)電子系統變得更加復雜，汽車(chē)中電子器件的數量也越來(lái)越多。ABS、電子點(diǎn)火系統、氣囊保護和倒車(chē)雷達等許多功能現已被當作標準配置，而這還遠遠不夠，因為人們對更精準的汽車(chē)控制和娛樂(lè )享受的追求沒(méi)有停歇。
然而，汽車(chē)電子的設計者在系統設計過(guò)程期間，將面臨眾多的技術(shù)挑戰，包括設計各種克服電氣危害的電路保護方法。這些系統中電氣危害的三大主要來(lái)源是靜電放電（ESD）、雷電以及電力電子電路中的開(kāi)關(guān)性負載?？朔茐能?chē)輛電子設備的瞬態(tài)浪涌是設計過(guò)程中最大的挑戰。
解決方案
汽車(chē)電子電路保護包括消除瞬態(tài)浪涌，因其將損害控制單元、娛樂(lè )系統電子設備、傳感器、噴油嘴、閥門(mén)、電機、12/24/42V傳動(dòng)系統和水解控制器等等。
Littelfuse瞬態(tài)電壓抑制器（TVS）保護什么？
如圖1所示，力特瞬態(tài)電壓抑制器為車(chē)輛的四大主要類(lèi)型系統提供保護：安全性系統、高性能系統和低輻射、舒適系統和便捷系統，以及混合動(dòng)力汽車(chē)系統。
現代汽車(chē)設計中，所有車(chē)載電子設備連接到電池和交流發(fā)電機上。如圖2所示，交流發(fā)電機的輸出不穩定，用于為車(chē)輛其它系統提供電力前，要求進(jìn)一步調試。今天，大部份交流發(fā)電機具有穩壓二極管，從而防止負載波動(dòng)引起的浪涌電壓；但是，這些遠遠不夠。啟動(dòng)或切換感性負載期間，因為斷開(kāi)電池，從而產(chǎn)生尖峰電壓或瞬變，如不糾正，這些瞬變會(huì )沿著(zhù)電力線(xiàn)傳輸，導致個(gè)人電子設備和傳感器出現故障或永久性破壞車(chē)輛電子系統，從而影響整體可靠性。
汽車(chē)瞬態(tài)浪涌（非ESD）標準TPSMA6L
Littelfuse是瞬態(tài)電壓抑制二極管產(chǎn)品的主要供應商。LittelfuseTPSMB和TPSMA6L系統瞬態(tài)電壓抑制二極管可為敏感電子設備提供二次瞬態(tài)電壓保護、因負載變化引起的瞬變和其它瞬變電壓事件。汽車(chē)級TVS系列以小封裝提供優(yōu)越的電氣性能，允許設計者升級他們的電路保護，而勿須更改其現有設計包裝，或在新電路布局中，提供更有力的保護方案。
圖1 車(chē)輛系統受到瞬態(tài)浪涌危害
交流發(fā)電機/調壓器組裝（實(shí)際電路全波整流）
圖2 車(chē)輛電氣系統中大部分的瞬變由交流發(fā)電機造成
12V/24V系統中，負載變化引發(fā)的電壓波動(dòng)要求高能瞬態(tài)電壓抑制二極管。
汽車(chē)市場(chǎng)有兩大主要標準，概述了瞬態(tài)浪涌的防護：日本、美國和國際市場(chǎng)的JASO和ISO7637-2（浪涌）測試。JASO A-1 闡述了14V車(chē)輛系統的測試條件；JASO D-1闡述了27V車(chē)輛的測試條件。
以下測試標準是國際和美國的測試標準，包括負載變化、開(kāi)關(guān)瞬變和靜電放電威脅。
國際標準ISO 7637：
• 適用于公路車(chē)輛— 通過(guò)傳導和耦合進(jìn)行電氣干擾。
美國國家標準：
• SAE（汽車(chē)工程師學(xué)會(huì )）J1113
• GM 9105、ES-F2af-1316-AA 福特 （偉世通）
關(guān)于ISO7637-2 脈沖的更多信息：
汽車(chē)電磁兼容瞬變要求
圖3a 不同脈沖的浪涌波形及其大小
汽車(chē)環(huán)境測試級別表 1 各脈沖 ISO7637-2 的測試級別
–不同 o/c 電壓
–負極和正極
–脈沖持續時(shí)間 0.1–400ms
–單一脈沖和脈沖串
–瞬變電壓抑制及其工作模式
圖 3b 瞬態(tài)電壓抑制二極管被用于各種汽車(chē)系統用作分流/瞬態(tài)浪涌保護器
如圖3所示，瞬態(tài)電壓抑制二極管TPSMA6L15A被置放于電子控制單元、傳感器、安全氣囊、控制器、電機等等之前的保護。交流發(fā)電機向電子設備供電時(shí)，瞬態(tài)電壓抑制二極管將防止不希望的瞬變，從而允許直流操作12-14V電壓的電氣系統。汽車(chē)總線(xiàn)保護
目前最流行的通信總線(xiàn)標準是CAN和LIN母線(xiàn)。
CAN總線(xiàn)（控制區域網(wǎng)絡(luò )）是一種汽車(chē)總線(xiàn)標準，旨在允許微控制器和設備在車(chē)輛內相互通信，而勿須主機。
CAN 總線(xiàn)是一種以信息為導向的協(xié)議，專(zhuān)門(mén)為汽車(chē)應用程序設計，但目前同樣在其它區域使用，如航空航天、工業(yè)自動(dòng)化和醫療設備。
流行的高速CAN總線(xiàn)協(xié)議屬于ISO11898-2，在嚴酷環(huán)境下，該區別協(xié)議適用于高速（1.0Mbps）和中速（125Kbps）的應用程序。
ISO11898-2母線(xiàn)由CAN_H 和 CAN_L數據線(xiàn)以及共同接地信號組成。其有12V和24V系統，配備不同的總線(xiàn)電壓。
表 2 高速 CAN 規范
新LIN規范首次完全執行版本（LIN版本1.3）于2002年11月出版。2003年9月，引入版本2.0擴張其兼容性，并提供額外的診斷特點(diǎn)。
LIN同樣可被用在車(chē)輛電源線(xiàn)，配備特殊DC-LIN收發(fā)器，這在目前汽車(chē)世界中很常見(jiàn)。
表 3 LIN 母線(xiàn)應用程序
控制區域網(wǎng)絡(luò )（CAN）系統處理自動(dòng)力方向盤(pán)到臨界驅動(dòng)列車(chē)引擎計算機和傳輸間通信的所有事務(wù)。
本地網(wǎng)絡(luò )連接（LIN）系統處理簡(jiǎn)單的機電功能，如移動(dòng)電動(dòng)座椅和切換巡航控制。
汽車(chē)世界中，對CAN/LIN 母線(xiàn)的威脅
由于CAN/LIN母線(xiàn)是汽車(chē)內各類(lèi)控制和監控功能的雙線(xiàn)式通信總線(xiàn)，浪涌進(jìn)入兩條電線(xiàn)中的可能性極大，從而造成CAN/LIN收發(fā)器故障。以下是這兩個(gè)總線(xiàn)的保護方法。
CAN 母線(xiàn)保護示意圖
圖 4 CAN 總線(xiàn)保護
如圖4所示，TPSMB30CA瞬態(tài)電壓抑制二極管目的是在共模（配備24V系統）中保護兩條CAN母線(xiàn)，免受浪涌事件影響。TPSMB24CA是一根600W雙向瞬態(tài)電壓抑制二極管，25.6V反向平衡電壓和41.4V最大嵌位電壓。保護CAN母線(xiàn)而勿須削弱CAN信號是非常理解的。12V CAN系統中，使用兩根TPSMB15CA瞬態(tài)電壓抑制二極管，而不使用TPSMB24CA。LIN 母線(xiàn)保護示意圖
圖5 LIN 總線(xiàn)保護
LIN收發(fā)器的信號范圍是+24 /–15V，數據率是2.4kbps 至 20kbps。如圖5所見(jiàn)，需要雙向非對稱(chēng)瞬態(tài)電壓抑制二極管配置，從而在不同模式中，保護兩根電線(xiàn)。TPSMA6L24A/TPSMA6L15A 瞬態(tài)電壓抑制二極管連接反串行模式中，以便出現浪涌事件時(shí)，保護兩根電線(xiàn)。TPSMA6L瞬態(tài)電壓抑制二極管是一個(gè)600W器件，安置在小型DO-221AC包裝中。相同功率處理能力的可選解決方案應是增加一個(gè)TPSMB30CA（雙向），以保護LIN總線(xiàn)。
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ISO763-2 脈沖 5a測試
脈沖5a在力特33V VBR（飽和電壓）瞬態(tài)電壓抑制二極管的測試如下。
表 5 ISO7637-2脈沖 5a中，關(guān)于力特瞬態(tài)電壓抑制二極管的可靠性測試報告
圖6 測試波形和示波器屏幕
圖7 測試電壓30V和電流11.34A
圖8 測試電壓35V和電流18.85A
圖9 測試電壓 36V
結果表明，33V VBR瞬態(tài)電壓抑制二極管就操作而言，10次均通過(guò)ISO7637-2脈沖5中測試標準。測試前后，啟動(dòng)電壓的變化非常小，可忽略不計（<0.2%）。
瞬態(tài)電壓抑制術(shù)語(yǔ)
使用單向瞬態(tài)電壓抑制二極管的情況下，反向工作電壓是“堵塞方向”中適用的最大峰值電壓，沒(méi)有明顯電流。雙向瞬變的情況下，可適用兩個(gè)方向。其具有相同的定義，即最大關(guān)斷狀態(tài)電壓或最大工作電壓。
啟動(dòng)電壓
指定DC測試電流中測量的電壓，通常是1mA。通常定義指定最小或最大值。
峰值脈沖功率
以瓦或千瓦表示，1ms脈沖寬度。IPP乘以VCL。
最大嵌位電壓（VC或VCI）
經(jīng)受到電大峰值脈沖電流時(shí)，整個(gè)保護器測量的最大電壓。
峰值脈沖電流（IPP）
峰值脈沖電流（IPP）確認瞬態(tài)電壓抑制二極管可抵擋不受損壞的最大電流。所需IPP僅可通過(guò)區分峰值瞬變電壓除以電源阻抗決定。注意瞬態(tài)電壓抑制二極管的失效是短路；如果因瞬變大于數據表規范，而使瞬態(tài)電壓抑制二極管出現故障，電路仍是受保護的。
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