深度解析“拋負載保護”

作為一款與生命有密切相關(guān)的產(chǎn)品，汽車的安全是所有人都關(guān)注的問題。尤其是在那些與控制、安全密切相關(guān)的零部件上面，其對可靠性的要求之高，更是到了令人難以想象的地步。為了讓汽車廠商及其供應(yīng)商在一個規(guī)定的范圍內(nèi)打造高可靠性的產(chǎn)品，國際標準組織制定了一系列的標準來保證汽車的安全。

由于標準和保護的領(lǐng)域眾多，在日前的國際電子展上，半導(dǎo)體行業(yè)觀察和Littelfuse深入探討一個叫做“拋負載保護”的問題，在這里與大家分享。

什么是拋負載保護

眾所周知，現(xiàn)在汽車的電子化程度越來越高，車上需要供電的部分也越來越多，這就使得汽車系統(tǒng)在設(shè)計過程中需要面對許多技術(shù)挑戰(zhàn)。當然，各種電氣危害的保護也是設(shè)計者需要重點考慮的問題。電力電子電路中的負載切換瞬變就是其中的一個需要高度重視的電氣危害，拋負載就是其中的一個典型代表，也就是相關(guān)從業(yè)人員所說的“Load Dump”。

據(jù)汽車電路保護專家Littelfuse公司的高級工程師戴泰初介紹，在汽車系統(tǒng)中，在各種電子控制單元（如ABS、Airbag等）和發(fā)電機之間，會有一個蓄電池。正常情況下發(fā)電機給蓄電池充電，但是當線束老化或者接觸不良時，就會碰到電池與電路斷開的情況（如上圖紅框內(nèi)所示），這時候發(fā)電機就會給終端產(chǎn)生一個浪涌電壓，由于這個浪涌電壓的電壓非常高，持續(xù)時間非常長，就會對終端的各種電子控制單元造成很大的損害，這種情況就稱之為拋負載。因此在設(shè)計的時候就需要考慮到拋負載保護的問題。

戴泰初告訴半導(dǎo)體行業(yè)觀察的記者，汽車上的動力總成、BMS、EMB/ABS、引擎啟動開關(guān)、24V系統(tǒng)、LED照明、T-BOX、娛樂系統(tǒng)、儀表板和DC/DC轉(zhuǎn)換器等都是需要執(zhí)行拋負載保護的應(yīng)用。因此對于Littelfuse這樣的供應(yīng)商而言，如何保證這些應(yīng)用的正常工作，避免拋負載的危害，就成為他們工作的重點。

做好拋負載保護有那些要求

“拋負載主要受最大電壓、內(nèi)阻和持續(xù)時間三大因素的影響，因此如何通過控制這三者的綜合影響，保證應(yīng)用工作在安全區(qū)，就是拋負載保護的關(guān)鍵”，戴泰初表示?！癐SO 7637-2和ISO 16750-2國際標準也對拋負載保護做了具體的要求”，戴泰初補充說。

ISO 16750是一個如何面對汽車電子的安全性隨著所面對的各種環(huán)境條件以及效應(yīng)下所產(chǎn)生的質(zhì)量因素,以確保道路車輛行車安全的規(guī)范，ISO 16750-2就是當中的電子負載測試。這個標準適用于任何道路車輛的電子裝置，規(guī)定主要環(huán)境條件為直流電壓,過電壓等12項測試。對拋負載也有了要求，那就是ISO 16750-2規(guī)定下的Pulse 5，當中有5a和5b兩種測試標準。

在5a的情況下，測試脈沖提供了最壞的情況。在12V的情況下，規(guī)定其US的區(qū)間為79伏到101伏，而內(nèi)阻的范圍為0.5歐到4歐，浪涌電壓作用時間為40ms到400ms。如果做了拋負載保護以后，在規(guī)定脈沖之下經(jīng)過了10次相關(guān)測試，那么就證明這個保護是合格的。

5b也是同樣的測試，但是由于5b測試是針對那些在交流發(fā)電機內(nèi)安裝了鉗位器件的應(yīng)用，因此在測試標準上，降低了相關(guān)的峰值。

從下圖的相關(guān)測試數(shù)據(jù)上可以看出，拋負載保護的相關(guān)測試標準是非常難通過的，那就意味著對相關(guān)的元器件和方案供應(yīng)商來說，需要考慮的問題就多了很多，尤其是作為直接功能提供者的元器件供應(yīng)商。

Littelfuse拋負載方案為汽車護航

作為全球知名的保護方案提供商，Littelfuse在汽車電子保護方面也義不容辭。在拋負載保護方面，他們最知名的產(chǎn)品是其TVS管保護方案，這也是全球主流的拋負載保護方案。

據(jù)戴泰初介紹，Littelfuse是全球第一大TVS管供應(yīng)商，其在TVS管上面的技術(shù)積累，讓他們能夠輕松滿足拋負載保護的需求。在汽車電子方面，Littelfuse提供了從400W到7000W的TVS管，能夠滿足拋負載保護方案的需求，尤其是在收購安森美的TVS二極管產(chǎn)品線后，Littelfuse在汽車上有更加多的應(yīng)用。Littelfuse的SLD和SLD8S系列TVS diode ，更是專門針對拋負載保護應(yīng)用設(shè)計的產(chǎn)品。從戴泰初的介紹中我們得知，Littelfuse是全球為數(shù)不多能提供7000W拋負載保護TVS管的廠商之一。為了給客戶提供更加多樣的TVS選擇，Littelfuse還會推出5000W和6000W的汽車級TVS。

值得一提的是，這些TVS管都是在Littelfuse無錫工廠生產(chǎn)，能夠更好地服務(wù)國內(nèi)的客戶。同時這個工廠還是Littelfuse晶閘管和半導(dǎo)體放電管的生產(chǎn)點。

除了TVS管，Littelfuse還提供了壓敏電阻MOV的拋負載保護方案?，F(xiàn)在他們提供的是AUMOV和AUML兩種方案，因為前者是插線式的，通流量會大一點，能夠適合5a類應(yīng)用，而后者基本只應(yīng)用在5b方案或其他浪涌保護上。

戴泰初告訴記者，一輛車會用到幾十個TVS管，因此他們非常重視這個市場。考慮到汽車市場的快速成長，還有汽車電子化程度的日益提升，汽車市場勢必會給Littelfuse帶來更大的想象空間。

作為一個成立于1927年的公司，且在成立前七十多年只是從事保險絲業(yè)務(wù)的公司，Littelfuse將其可恢復(fù)保險絲PPTC、TVS管和靜電保護等產(chǎn)品推到了市場的前列位置。面對新興市場需求，Littelfuse正在將其觸角擴散到功率控制和傳感器等領(lǐng)域，并通過一系列并購擴充其產(chǎn)品線，全新的Littelfuse必將給工程師帶來更好的幫助。