4.高壓直流側過電流保護:有助於消除由於 OCB 或電池組中的故障或交通事故等外部事件造成的短路危險。
5.高壓直流側過電壓保護:可以清除由開關(熱插拔)或其他汽車其他引起的過電壓瞬變。
6.CAN 總線-ESD 和瞬變保護。OBC 通過 CAN 總線與BMS 等其他係統進行通信。在密集封裝的環境下,CAN 線路經常會受到 ESD(例如在裝配和維護過程中)的過電壓應力和由其他汽車係統通過感應耦合或傳導耦合引起的瞬變的影響。
ISO 10605 和靜電放電(ESD)保護
該國際標準是針對道路車輛的,它規定了評估電子模塊的各種 ESD 測試方法。這些模塊包括信息娛樂和互連解決方案、GPS jieshouqidaodianchihechongdianxitongdekongzhimokuaidengdeng。yishangmeiyigelizizhongdegongtongdianshidouxuyaolianjie,yinweitamenjiangyuxitongchuliqitongxinbingshouqikongzhi。tongchangqingkuangxia,kongzhizongxianshi CAN 或 LIN 總線,而市場已經開始探索速度更快的總線,包括以太網和對汽車更為專用的 BroadR Reach。在可靠性方麵,這些數據總線雖然提供了通信路徑,同時也成為 ESD 等電氣瞬變的侵入途徑。
在消費電子和工業市場中,最常引用的 ESD 標準是 IEC 61000-4-2。它為行業提供了應該使用的ESD瞬變波形的指導準則,以及測試方法。關鍵是要在已完成的產品和係統(成品)上進行測試。這意味著智能手機、平板電腦或筆記本電腦應是完全組裝好的,並且可以在所有電源輸入和數據端口插上相應的電纜。然後在係統的機箱、連接器和電纜上完成 ESD 測試。在汽車市場中,這類似於使用 ESD “槍”將完全組裝的車輛的各個表麵周圍全部掃一遍。
但是,情況不止於此。為了確保最高的可靠性,ISO 10605 規定,每個係統必須在車輛中安裝之前以單獨和完整的形式進行測試。簡而言之,確保整個車輛的 ESD 保護可靠性的最佳方法是首先確保每個構件(電氣/電子子係統)能夠承受反複的 ESD 瞬變。這樣做是為了確保模塊能夠應對由裝配過程、維修技術人員或車輛乘員引起的電氣幹擾。
在完全組裝的車輛中,在駕駛員、乘員、組裝人員和維修技術人員將與車輛接觸到的部位也要進行測試。通過增加這些模塊級測試要求,ISO 10605 將 IEC 61000-4-2 標準提升到一個新的水平。此外,它要求製造商以比 IEC 標(biao)準(zhun)更(geng)高(gao)的(de)電(dian)壓(ya)和(he)電(dian)流(liu)水(shui)平(ping)來(lai)測(ce)試(shi)電(dian)子(zi)模(mo)塊(kuai),以(yi)反(fan)映(ying)汽(qi)車(che)的(de)更(geng)嚴(yan)苛(ke)和(he)惡(e)劣(lie)的(de)電(dian)氣(qi)環(huan)境(jing)。這(zhe)意(yi)味(wei)著(zhe)車(che)輛(liang)中(zhong)每(mei)一(yi)層(ceng)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)都(dou)需(xu)要(yao)最(zui)堅(jian)固(gu)的(de)電(dian)路(lu)保(bao)護(hu),以(yi)抵(di)禦(yu)汽(qi)車(che)常(chang)見(jian)的(de)惡(e)劣(lie)的(de) ESD 瞬變。
AEC-Q101 – 元件級質量標準
對可靠性和質量的需求在車輛和模塊級上不會止步。這種需求也延伸至元件級。為了符合應用的要求,AEC-Q101 規定了在這些應用中使用的分立半導體解決方案的質量要求。專門針對電路 ESD 保護的分立和陣列解決方案也必須符合 AEC-Q101 標準的要求。
該標準描述了一係列確保汽車環境中基於半導體的元件的長期可靠性的合格性測試。對於采用 TVS 二極管或 TVS 二極管陣列等 ESD 保護器件的汽車製造商,這些器件需符合 AEC-Q101 標準的要求。
ISO 10605 標準關注的是電氣危害,而 AEC-Q101 是一份環境標準。對於被認為符合 AEC-Q101 標準的元件,它們必須能夠承受以熱衝擊和溫度循環、高濕度和極端溫度為特征的惡劣的汽車環境。因此,該標準確保了在汽車中安裝之後,元件不會因為任何本質缺陷而發生故障。
AEC-Q200 – 元件級質量標準
正如半導體器件需要滿足汽車應用中最低的質量要求,無源器件也需要達到類似的質量標準要求。在這種情況下,ESD 解決方案有多層壓敏電阻和基於聚合物的 ESD 器件。這些技術的應用包括針對低速電路(如CAN 和 LIN)的 MLV,和針對高速電路(如以太網和 BroadR Reach)的高分子聚合物 ESD 器件。
傳動係電路需要保護
汽(qi)車(che)中(zhong)的(de)每(mei)個(ge)電(dian)路(lu)都(dou)容(rong)易(yi)受(shou)到(dao)浪(lang)湧(yong)和(he)瞬(shun)變(bian)的(de)損(sun)害(hai)。無(wu)論(lun)元(yuan)件(jian)或(huo)電(dian)路(lu)的(de)所(suo)在(zai)位(wei)置(zhi)在(zai)哪(na),都(dou)會(hui)受(shou)到(dao)惡(e)劣(lie)條(tiao)件(jian)和(he)溫(wen)度(du)的(de)影(ying)響(xiang)。以(yi)下(xia)列(lie)出(chu)了(le)一(yi)些(xie)需(xu)要(yao)保(bao)護(hu)的(de)最(zui)常(chang)見(jian)的(de)汽(qi)車(che)電(dian)路(lu):
·傳統通信總線 - 控製局域網(CAN)和本地互連網(LIN):它們是最流行的的通信總線標準,覆蓋汽車中 50% 至 75% 的電路。它們已有多年的應用曆史,因其可靠性而廣受歡迎。
oCAN 總線允許微控製器和器件在車內進行通信,無需使用主機。它是專為汽車應用設計的基於消息的協議。CAN 係統能夠處理從動力轉向到發動機微控製器和變速器之間等一切通信。
oLIN 總線是一種經濟有效的串行網絡協議,用於車內組件之間的通信。它通常用於處理簡單的電機功能,如電動座椅和切換巡航控製等。
o由於在汽車中幾乎無處不在,這些總線在模塊安裝期間以及車輛的運行和維護期間都將會受到 ESD 的影響。它們很容易暴露於可能導致 CAN 或 LIN 收發器故障的瞬變。
下圖所示的是 CAN 和 LIN 總線的典型 ESD 保護方案。由於 CAN 總線是雙通道電路,最常見的解決方案是采用一個雙通道二極管陣列。LIN 總線為單通道,因此它的 ESD 解決方案采用的是分立 ESD 二極管或多層壓敏電阻。
高速數字總線 - 以太網,BroadR Reach 端口:以太網曆來被用於在路由器、交換機和訪問硬件之間提供連接的遠程通信係統。它是一種久經驗證的非常可靠的解決方案。近年來,一直有提高 CAN 和 LIN 等現有總線的速度的需求。以太網最初是用於 1Mbps 版本;這顯著提升了 CAN 總線的性能,目前大約達到了 100Mbps。同樣,汽車專用的 BroadR Reach 旨在提供 100Mbps 的處理能力,且可能會因其更為簡單的雙線配置而被選擇使用。而以太網需要使用四線。

高速數字總線 - 以太網,BroadR Reach 端口:以太網曆來被用於在路由器、交換機和訪問硬件之間提供連接的遠程通信係統。它是一種久經驗證的非常可靠的解決方案。近年來,一直有提高 CAN 和 LIN 等現有總線的速度的需求。以太網最初是用於 1Mbps 版本;這顯著提升了 CAN 總線的性能,目前大約達到了 100Mbps。同樣,汽車專用的 BroadR Reach 旨在提供 100Mbps 的處理能力,且可能會因其更為簡單的雙線配置而被選擇使用。而以太網需要使用四線。
·更多的控製器模塊的增加以及對簡化車輛中的通信網絡(也可以減少電纜的數量,從而降低總重量)的希望推動了對更大帶寬的需求。無論選擇哪種通信方案,雙通道和四通道低電容 ESD 陣列都可以用來提供所需的保護。
作為電氣瞬變來源的交流發電機
現代汽車設計需要大量的電能。許多電子應用(信息娛樂、導航、ADAS、電源控製等)都與電池連接,並最終連接至交流發電機。交流發電機需要將角動量轉換為電能,但它也是電氣瞬變的來源 - 其(qi)中(zhong)最(zui)不(bu)利(li)的(de)是(shi)負(fu)載(zai)突(tu)降(jiang)。當(dang)交(jiao)流(liu)發(fa)電(dian)機(ji)正(zheng)在(zai)發(fa)電(dian)且(qie)其(qi)他(ta)電(dian)氣(qi)和(he)電(dian)子(zi)負(fu)載(zai)保(bao)持(chi)連(lian)接(jie)至(zhi)電(dian)池(chi)電(dian)路(lu)的(de)同(tong)時(shi),正(zheng)在(zai)充(chong)電(dian)的(de)電(dian)池(chi)被(bei)斷(duan)開(kai)時(shi),就(jiu)會(hui)發(fa)生(sheng)這(zhe)種(zhong)情(qing)況(kuang)。如(ru)果(guo)不(bu)加(jia)以(yi)處(chu)理(li),電(dian)尖(jian)峰(feng)脈(mai)衝(chong)和(he)瞬(shun)變(bian)將(jiang)在(zai)整(zheng)個(ge)電(dian)源(yuan)電(dian)路(lu)中(zhong)傳(chuan)播(bo),從(cong)而(er)導(dao)致(zhi)有(you)源(yuan)電(dian)子(zi)元(yuan)件(jian)和(he)傳(chuan)感(gan)器(qi)中(zhong)的(de)電(dian)應(ying)力(li)過(guo)大(da)。這(zhe)種(zhong)過(guo)應(ying)力(li)會(hui)導(dao)致(zhi)汽(qi)車(che)電(dian)子(zi)係(xi)統(tong)中(zhong)的(de)元(yuan)器(qi)件(jian)部(bu)分(fen)或(huo)永(yong)久(jiu)性(xing)損(sun)壞(huai)。因(yin)此(ci),諸(zhu)如(ru)負(fu)載(zai)突(tu)降(jiang)等(deng)瞬(shun)變(bian)會(hui)威(wei)脅(xie)到(dao)車(che)輛(liang)的(de)安(an)全(quan)性(xing)和(he)可(ke)靠(kao)性(xing)。
ISO 7637-2 和 ISO 16750-2:電源電路上的電壓瞬變:
在曆史上,ISO 7673 被用作在汽車的電源電路上發現的電壓瞬變的參考文獻。它們的定義非常明確:是由電動負載的各種切換(電機和電感負載)和意外斷開所造成的。這三種脈衝有相似性:
·脈衝 1:表示電感負載(例如電機)與電源意外斷開連接,存儲的電荷被轉儲到電源電路的情況。
·脈衝 2a 和 2b:表示“受害”電路並聯的負載電流突然斷開,以及直流電機在點火關閉後所產生的電壓瞬變。
·脈衝 3a 和 3b:表示由開關元器件產生的電壓瞬變或“脈衝群” - 類似於工業應用中的電快速瞬變。
·脈衝 5a:是兩個標準之間存在差異的地方。這種脈衝代表的是車輛中(例如混合動力電動汽車 )有 交流發電機且在電池充電時電池引線斷開的情況。這會導致大量的能量被釋放(傾注)到電源電路中。脈衝的持續時間在 40ms 到 400ms 之間,電壓和交流發電機電阻值由最終用戶確定。
o兩個標準之間最重要的區別在於電氣係統將承受的這些負載突降脈衝的次數。對於 ISO 7673-2,隻需要對係統脈衝一次。對於 ISO 16750-2,要求更為嚴格,需要 10 次脈衝(每次脈衝間隔 1 分鍾)。這會影響到保護方案,因為轉而采用 ISO 16750-2 將會增加保護元件上電應力的次數。
適當的切換事件和負載突降保護的注意事項
電路保護器件,包括瞬態電壓抑製(TVS)二極管和壓敏電阻,是保護敏感電子設備免受上麵描述的電壓和電流瞬變的影響的最有效方法。選擇 TVS 二極管是因為它們是具有快速響應時間(低鉗位電壓)和(he)低(di)泄(xie)漏(lou)電(dian)流(liu)的(de)矽(gui)雪(xue)崩(beng)器(qi)件(jian),還(hai)因(yin)為(wei)它(ta)們(men)沒(mei)有(you)損(sun)耗(hao)因(yin)數(shu)。壓(ya)敏(min)電(dian)阻(zu)通(tong)常(chang)被(bei)用(yong)作(zuo)瞬(shun)變(bian)浪(lang)湧(yong)保(bao)護(hu)的(de)一(yi)線(xian)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)。具(ju)體(ti)的(de)例(li)子(zi)包(bao)括(kuo)保(bao)護(hu)車(che)內(nei)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)的(de)超(chao)小(xiao)型(xing)表(biao)麵(mian)貼(tie)裝(zhuang)多(duo)層(ceng)壓(ya)敏(min)電(dian)阻(zu)(MLV)以及保護更接近於交流發電機本身的電源電路的金屬氧化物壓敏電阻(MOV)。
二極管應符合 AEC-Q101 標準要求;壓敏電阻應符合 AEC-Q200 標準要求
正如上文所討論的 ESD 保護解決方案,汽車電子協會(AEC)元器件技術委員會製定了嚴格的指導準則,製造商在設計、生產和測試在汽車中使用的元器件時必須遵守。在汽車工業中使用的保護器件必須承受瞬變、機械和熱環境,還要鉗位至夠低的電壓以保護集成電路。在為汽車應用選擇合適的 TVS 二極管時,設計工程師應該尋找能夠提供適合汽車應用的峰值脈衝功率耗散額定值的產品。典型的額定值範圍為:從 200W 到 3000W(10/1000μs)(僅經曆最小的瞬態能量(脈衝 1、2 和 3)的電路), 2200W(必須經受未鉗位負載突降(脈衝 5a)和其他瞬態電壓事件的電路)。
針對交流發電機瞬變的保護,替代的電路保護解決方案會用到 MOV。為了保護敏感的電子設備免受因負載突降事件引起的電壓瞬變的影響,所選擇的 MOV 需要提供高達 5KA(8/20μs 脈衝)的高峰值浪湧電流額定值,以及可靠性的能量吸收能力。工程師應隻選擇和信賴符合行業標準 AEC-Q200(表 10)、ISO 7637-2 以及 ISO 16750-2 要求的 MOV 器件。











