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用TVS实现汽车电子器件保护
[发布时间]:2012年1月4日 [来源]:电子系统设计 [点击率]:5709
【导读】: 汽车设计的一项主要挑战是保护电子设备(例如控制单元、传感器和信息娱乐系统)免受电源线上出现的有害浪涌电压、瞬态电压、ESD和噪声的损害。瞬态电压抑制器(TVS)是汽车电子保护的理想方案,其某些参数...

汽车设计的一项主要挑战是保护电子设备(例如控制单元、传感器和信息娱乐系统)免受电源线上出现的有害浪涌电压、瞬态电压、ESD和噪声的损害。瞬态电压抑制器(TVS)是汽车电子保护的理想方案,其某些参数对这些应用来说非常重要,包括额定功率、断态电压、击穿电压、最大击穿电压。下面是这些参数的定义。

额定功率

TVS的额定功率是在一定测试或应用条件下吸收浪涌的能力。10μs/1000μs脉冲波形的工业标准测试条件(Bellcore 1089标准)如图1所示。这个测试条件不同于8μs/20μs脉冲波形的TVS瞬态电压吸收能力测试条件,如图2所示。

  

         图1(左):TVS的测试波形(Bellcore 1089)。图2(右):TVS的波形。


击穿电压(VBR)

击穿电压是器件进入雪崩击穿的电压,在数据表上的特定电流条件下对其进行测试(图3)。

    

                   图3:电压和电流参数。

最大击穿电压(VC:钳位电压)

在特定的峰值脉冲电流定额下,TVS上会出现钳位电压。TVS的击穿电压在非常小的电流下测得(例如1mA或10mA),它不同于应用条件下的实际雪崩电压。因此,半导体制造商所标注的是在大电流下的典型或最大击穿电压。
断态电压(VWM):反向断态工作电压


断态电压指的是TVS在未击穿情况下所能承受的最高电压,它是在正常情况下不工作电路中保护器件的重要参数。在汽车中,一些汽车电子产品规范是根据“跳线跨接起动保护”的情况制定的。这种情况要求为12V类型电子设备提供10分钟24VDC,或为24V类型电子设备提供10分钟36VDC,而不损坏电路或者引起电路故障。因此,断态电压是汽车电子产品中TVS的一项关键参数。


汽车电源线初级保护(甩负荷)


电子控制单元、传感器和信息娱乐系统等汽车电子设备连接在一根电源线上(图4)。这些电子产品的电源是电池和交流发电机,这两种电源的输出电压都不稳定,容易受温度、工作状态和其他条件影响。此外,使用燃油喷射系统、阀、电机、电气和水解控制器等电磁线圈负载的汽车系统,会把ESD、尖峰噪声和其他类型的瞬态和浪涌电压引入到电源和信号线上。

     

                 图4:典型的汽车电源线。


什么是甩负荷?

最糟糕的浪涌电压发生在引擎运转时电池断开,交流发电机为汽车电源线提供电流时,这种情况就是所说的“甩负荷”。大多数汽车制造商和工业协会都会为这种甩负荷状态制定最高电压、线路阻抗和这种甩负荷状态的持续时间,如图5所示。甩负荷的电源阻抗会高于正常瞬态测试时的电源阻抗,因为电池断开而只有发电机在向外输出电能,这时交流发电机的内部线圈相当于一个限流电阻。

      

             图5:甩负荷过程中交流发电机的输出电压。

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