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1、基于ISO7637标准的车载电源系统设计 2009-06-10 22:04:25关键字：车载电源ISO7637电子设备干扰电路设计现代汽车工业的发展，使得大量的车载电子设备广泛应用于汽车，如车载卫星导航系 统、车载影音娱乐系统、车身照明系统、防盗系统、自动空调系统等。各种各式的车载电子 设备稳定工作，相互配合，需要有稳定的供电系统。因此，高性能的车载电源设计是车载电 子设备可靠工作的保障。ISO7637 标准车载电源系统的应用环境比普通电源系统要复杂，因为汽车内的电磁环境较为恶劣。 汽车的电气设备在运行时会产生大量电磁干扰，这些干扰的频带很宽，通过传导、耦合或者 辐射的方式，传播到电源系统内，
2、进而影响到电子设备的正常工作。最恶劣的情况往往是由 于车辆自身产生的干扰所产生的，如点火系统、发电机及整流器系统的干扰脉冲。国际标准 ISO7637针对道路车辆及其挂车内通过传导和耦合引起的电干扰，提出了沿电源线的电瞬态 传导及测试方法，适用于12V或24V的电气系统车辆。ISO7637对汽车电子设备在电源上的抗扰度要求，规定了5种测试脉冲。其中，脉冲 1用来模拟并联的感性负载在断电时所产生的瞬态干扰，如关灯或电喇叭等操作。Test Purpose of ISO 7637-2Test Pulse 1This test is a simuSation of transients due to s
3、upply disco/inection from /nductive loads: it applies to aDUT if as used in the vehicle; it remains connected directly in parallel with an inductive !oad.Pa.ranwteD12 V24 Visla-ni-75 V IdVionDUTInductive LoadBattery的正脉冲干扰T35EOAdnariCH f，ur-ard !nr I i*2BatteryParameter12 V systemN4 V system+ 37Vto+S
4、0V如0.05 ms(1集0,2 5 to 5 s24a.测试反向二极管前端，电解电容放电公式 t=ln(E/Vt).RCt=ln(12/6),10.220uf=1.54mS2ms 勉强撑过， 但撑不过200ms的0电平b,反向二极管后端 t=C. U/I=220uf.5/10mA=110ms充电快，放电因为二极管截止，所以放电慢， 实测电压不会跌落，判断电流要小于10mA脉冲2a模拟正常工作时某一并联负载突然断开产生的瞬变干扰，属于速度偏快和能量较小Pulse 2a simulates transients due to sudden interrtiption of cucrents in
5、 a device connected in parallel with the DUT due to the inductances of the wiring harness.a.测试反向二极管后端，电解电容充电公式 t = RC*Ln(V1-V0)/(V1-Vt)t=ln10x2x220uf=2.3x2x220uf=1.012ms充电快，放电因为二极管截止，所以放电慢，实测电压上升到24v，判断电流要小于10mA脉冲2b模拟点火被切断的瞬间，直流电动机变成发电机工作，并由此所产生的瞬变现象， 属于低速和高能量的脉冲干扰。Test Pulse 2bPulse 2b simulates tr
6、ansients from de motors acting as generators after the ignition is switched offEt is more like a voltage fluctuation test. Most car manufacturers had withdrawn this because it is covered by other voltage ffuctuation testsLgilion SAitchOUTDC MotorBatteryT3SEO二极管前此波形，二极管后主要靠电解电容 的放电效应，放电时间取决于负载电流的大 小，
7、因为负载电流相当小，所以放电时间比 较长，电压未下跌脉冲3a/3b模拟各种开关闭合和打开过程中所产生的干扰，是一系列高速、低能量的小脉冲群。Test Pulse 3a/3bParafnetfrr词V SiE也E34- V nyiem-112 V to-150 V-150 V lo - 200 VParamelffrs fo r test pulBPulse 3 occurs as the result of switching processes. The characteristics of this pulse are influenced by distributed capacitan
8、ce and inductance of theParnmeier12 V Bystam2:4 V system-75V1C 100 VPgrm顷s f-ur I顿 puisv 3饮脉冲时间0.1/100us,电容充放电公式t=100ns=ln10RC 或 ln2RC=2.2RC 或 0.7RCC=13nf,我们前级加68nf可以滤除此波形脉冲4 (crank)模拟车上大电流负载启动所造成的电压跌落现象。1 Id JDrns(Qir- lOOrrK，T35EO二极管前此波形，二极管后主要靠电解电容 的放电效应，放电时间取决于负载电流的大 小，因为负载电流相当小，所以放电时间比 较长，电压未下跌
9、2 5 h -6 V i-Sto-12 的也IPulse 4 is the voltage reduction caused by energizing the starter motor circuits of the internal combustion enginesV24T脉冲5则模拟抛负载(load dump)引起的大能量脉冲干扰。Test Pulse 5a/5bPulse 5 is a simulation of a load dump transient occurcing in the event of a discharged batteiy being disconnec
10、ted while the alternator is generating Ghargi/tg current with other loads cem aining on the alternator circuit 扪出治 moment5a脉冲加上结果：防反接二极管烧掉，电解电容被击穿短路，LDO输出级对地短路因为220uf电解电容的充电时间只有约 t=lh10.4.220uf=2ms,而5a的脉冲持续约 400ms,所以必然充到高于电解电容的额定 电压。使电解电容击穿，并且导致防反压二 极管电流过大而烧毁电源电路具体设计对整机系统来说，必须有针对性地对电源进行净化处理。除了对干扰源的消
11、除，最重 要的是必须提升电源系统的抗干扰能力。常用的提升电源系统的抗干扰能力的方法包括：用 吸收法进行尖峰滤除，以消除正脉冲干扰，采用的器件可以是热敏电阻、TVS管等；对于 负脉冲，可以采用增加电容容量，利用蓄能抵抗干扰。对于电源跌落干扰，可以增加电源的 滤波电容，在满足成本和性能指标要求的同时，尽量选用宽压输入范围的电源芯片。图1电源系统框图n 疽 A DC-IX t;旺针对ISO7637对汽车电子设备在电源上的抗扰度要求，这里给出一个合理的12V电 源系统方案，系统框图如图1所示。电源系统包括防反接保护、浪涌保护、共模扼流、丸型滤波和DC/DC处理五个部分。各部 分工作原理如下：防反接保护
12、使用一个普通二极管就可以实现。浪涌保护包括一个PPTC和 TVS管，可以有效抑制类似于脉冲5的干扰PPTC是热敏电阻器，电阻随温度升高而增加。 TVS是瞬态电压抑制二极管，其具体选型原则后面详细介绍。当有脉冲5干扰进入电源线 路时，TVS会动作，对流向后端电路的瞬间电流进行分流，而受保护的后端电压被限制在 TVS两端的箝制电压。PPTC的动作速度慢于TVS，在大电流的作用下，PPTC呈高阻，会 断开后级电路，可以起到减少TVS泻流时间，保护TVS的功能。共模扼流部分是一个共模 扼流圈，能有效抑制高频共模噪声，提高电源电路的抗电磁干扰，同时抑制电路自身向外发 射干扰。丸型滤波电路进一步滤除噪声，
13、净化进入后端电路的电源DC/DC处理根据实际 应用完成各种类电源转换，例如5V、3.3V、1.8V等。本电源系统选用车载级的DC/DC芯 片A8498。它具有850V的宽电压输入范围。输出可调，范围为0.824V。输出驱动能力 达到3A，能满足各种后端负载的需求。其输入管脚边上配备一大一小两个电容，除了滤除 噪声，还具有储能的作用，其中极性大电容C5使用高品质钽电容。因为A8498的最低工作 电压为8V，在遇到脉冲4的干扰时，电压跌落会达到6V，为保证在跌落的短瞬间A8498 仍能提供正常输出，大电容的容值要足够大，在输入电压跌落时能提供足够储能。方案实际 测试结果表明电容C5的值至少要为22
14、0 uFo电源系统的详细电路设计如图2所示。图2电源系 统电路图类似于脉冲5的浪涌脉冲具有能量大、作用时间短的特点，会对系统电路造成不可修 复的破坏，因此对脉冲5的抑制是整个前端保护电路设计的重点。首先要确定整个被保护系 统的最大输入电压，A8498的最大耐压值为50V，所以在发生脉冲5的浪涌冲击时，TVS 管必须能把电压钳制在50V以下。TVS管选型有几个重要参数：可承受的反向电压Vrwm、 反向崩溃电压Vbr、抑制电压Vc。Vrwm必须大于系统的正常输入工作电压，以防止TVS 管对正常输入电压进行动作。Vbr和Vc要小于被保护电路的最大耐压值，同时尽量接近该 值。TVS管的额定最大功率必须
15、大于类似脉冲5干扰的最大功率，以防止被击坏。本设计中选用型号为5KP30A的TVS管，该管的Vrwm值为30V，Vbr在33.338.3V之间， Vc为48.4V。在相关车载电子设备上，有的汽车厂商还会要求设备具有一定的过压工作时 间，这个最大过压值也是TVS选型的一个参数，Vbr最好略大于最大过压值。总之，在选 型TVS管时，要结合整个电路的电气参数及成本综合考虑。方案测试ISO7637的第二部分对沿电源线的传导和耦合引起的电干扰给出了具体的测试方法。 对于测试结果，通常按以下标准术语来对设备的抗扰性能力进行描述。A级:被测试装置或系 统在施加干扰过程中及干扰撤除后，能执行其预先设计的所有功能。B级：被测试装置或系 统在施加干扰过程中，能执行其预先设计的所有功能，然而，可能有一项或多项指标超出规 定的偏差。干扰消除后，所有功能自动恢复到正常工作。C级:被测试装置或系统在施加干扰 过程中，不执行其预先设计的一项或多项功能，但在停止施加干扰之后能自动恢复到正常操作 状态。D级:被测试装置或系统在施加干扰过程中，不执行其预先设计的一项或多项功能，干扰 消除后，通过外部
