发生失效时,整个系统都要承受高于13.5V (实际电压取决于汽车速度、负荷极其他条件)的电压,典型的调节器失效OEM测试要求是在18V持续一个小时。大部分系统要求符合这个测试条件,虽然有些舒适度和便利功能允许在这种情况下偏离其正常工作状态。
双电池突发启动,这是另外一种稳态过压条件,一般发生在拖车或维修人员使用24V电原发动不工作的汽车,或对完全放电的电池进行充电的情况下,对于这种情况,典型的 OEM测试要求是在24V下持续2分钟。有些与安全、引擎管理相关的系统需要保证在这种条件下能够工作。
电池反接,在生产和维修过程中可能会出现电池反接情况,这时,要求大多数系统可以不工作,但一定要保证不会损坏。典型测试要求是在-14V下持续一分钟,这个测试对系统来说是个挑战,因为需要大电流或低压降。
瞬态过压保护
汽车系统中,大多数过压条件都是由感性负载的开关操作引起的瞬态过压,这类负载包括启动电机、燃油泵、车窗电机、继电器线圈、螺线管、点火器件和分布电感等。任何感性负载上的脉冲电流都会产生过压脉冲。根据幅度、持续时间的要求,可以选择滤波器、金属氧化物可变电阻、瞬态电压抑制器等抑制这类瞬态过压。图1至图4说明了ISO7637对过压抑制的要求,表1是对ISO7637规定的总结。
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图1. 周期性的开关操作会产生周期性的负脉冲,幅度在(80V至-150V,持续时间1ms至140ms,典型源阻抗为5Ω至25Ω。
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图2. 周期性的开关操作使电路产生正向脉冲电压,幅度在+75V至+150V,典型持续时间50μs。典型源阻抗为2Ω至10Ω。
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图3. 周期性开关操作在电路中产生-150V、100ns的负脉冲(3a)和100V、100ns的正脉冲(3b),源阻抗典型值为50Ω。
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图4
图4. 交流电机以大电流给放电电池充电时突然中断,将会产生一个甩负载脉冲。电流突降会在电机输出端产生一个高压,以保持系统内部的总能量。瞬态持续过程取决于电机励磁电路的时间常数和调节器的响应时间。
如上所述,电池电压不能直接供给低电压、高性能开关转换器,而是将电池连接到瞬态电压抑制起,如MOV或旁路电容及其后续的传统限幅电路。这些简单电路一般采用p沟道MOSFET构成(图5a)。p沟道MOSFET的额定电压为50V至100V,具体取决于VBAT输入端的瞬态电压。
利用12V齐纳二极管(Z1)保护MOSFET的栅-源极,防止栅-源电压超过VGSMAX, 当输入电压(VBAT)低于齐纳管Z2的击穿电压时,MOSFET处于饱和状态。输入电压发生瞬变时,MOSFET将阻止高于Z2击穿电压的电压通过。这个电路的缺点是使用了一个昂贵的p沟道MOSFET和许多外围元件。