随着汽车成为大众消费品进入千家万户，无论是传统车辆还是新能源PHEV，车辆的长期安全可靠性成为衡量汽车品质的一个重要指标。而保证汽车安全可靠，除了在汽车电子元器件的车规级的认证选型上需要关注之外，对于汽车电子功能模块的保护也越来越重要。

在汽车电子功能模块保护上，除了静电保护(ISO10605)之外，最重要的要算道路行驶车辆的电气瞬变干扰的保护，也就是我们通常提到的汽车电子的测试标准ISO 7637-2 及增强版ISO 16750-2的标准了。

首先，先了解一下这两个标准定义的脉冲

在汽车电子系统所有脉冲中，抛负载是常见而且也是危害比较大的一种现象。那么ISO 7637-2 与ISO16750-2对于抛负载测试有什么差异?

ISO16750-2 相比ISO7637-2更为严格。在抛负载测试时，新的标准要求10分钟做10次测试，没两次测试间隔1分钟。而老的标准仅仅需要做一次抛负载测试。

在大多数新型交流发电机中，抛负载的电压幅度已经通过安装瞬态电压抑制二极管(TVS)而得到抑制(钳位)。

针对抛负载保护，最有效的方式就是选用瞬态抑制二极管(TVS)进行钳位保护。

在讨论5a,5b的保护之前，我们先看看这两种脉冲能量是否有差异。

ISO 7637-2 Pulse 5a-12V TPSMC27A 抛负载(load dump)测试

ISO 7637-2 Pulse 5b-12V TPSMC27A 抛负载(load dump)测试

上面的测试结果可以分析出，从抛负载发生器(或者发动机)端，其实5a,5b波形能量大小是没有差异的。当待测TVS动作，串相同负载条件下，TVS上流过的电流是一样的，TVS钳位电压也是一样的。

但是从抛负载电压波形上来讲，5b相对5a 波形是有钳位(或稳压)，导致负载端承受的电压远低于5a的波形。

因此，如果在做5a，5b抛负载保护时，若是从被保护器件防止被抛负载能量损坏的角度看，其保护器件的选型应是一致的。

然而在实际应用中，通常抛负载产生时，希望TVS动作，将能量导通泄放倒地，那么5a,5b不同的波形下，保护器件TVS实际承受的能量就会有很大的差异。因为只有当TVS导通以后，才会有大电流流过TVS，因此在不同的抛负载测试波形下，TVS实际承受的能量就有了不同。

在TVS选型之前，先了解两种模式下的实验电压：

不同实验模式下，对TVS的选型也会有差异。

接下来，我们只针对Mode 3 12V系统进行讨论。在模式3条件下，测试电压最大到16V,因此，TVS的Vr(反向截止电压)通常需要高于16V.

对于 ISO16750-2 12V系统 pulse 5a Us=101V, R1=1Ω, td=400ms

选择TVS SLD8S24A,那么TVS是否能满足5a测试

TVS导通后承受的电流:

Ipp=[(Us+Ua)-Vbr]/(R1+Rd)

Vbr:TVS 反向击穿电压

Vc:TVS钳位电压

Rd:TVS 导通时阻抗-----可以通过平移 TVS V/I 曲线纵坐标到Vbr,会得出一次函数曲线，Rd=(Vc-Vbr)/Ipp

查Littelfuse SLD8S24A规格书，计算Rd=(38.9V-26.7V)/180A=0.07Ω

计算TVS导通后流过的电流Ipp=【(101V+12V)-Vbr】/(1Ω+0.07Ω)=(112V-26.7V)/1.07Ω=79.7A@400ms

计算TVS上通过的能量(波形近正弦波，可以套用1/2 x I²t x Rd)W=1/2 x (79.7A)² x td x Rd=1/2*6352.09A² x 400ms * 0.07Ω=88.9J(实际导通时间低于td 400ms)

计算TVS所能承受的最大能量，查规格书知道8.3ms对应Ifsm是1000A

TVS 能量Wtvs=(Ifsm)² x t x Rf=(1000A)² x 8.3ms x 0.018Ω=149.4J

Rf:TVS 正向导通阻抗，可以通过Vf/100A=1.8V/100A=0.018Ω

100A是规格书定义的测试Vf时的电流

对比可以知道，SLD8S24A能满足pulse 5a 测试

通过SOA测试验证，SLD8S24A可以满足要求

除了TVS在汽车电子中常用于脉冲保护之外，MOV也是常见的保护器件。

以Littelfuse满足AEC-Q200的AUMOV选型为例，在12V系统ISO16750-1 5a，Us=101V,Ua=12V;R1=1.5Ω(设定),td=400ms

1: AUMOV导通后承受的电流:

Ipp=[(Us+Ua)-Vnom]/(R1+Rd)

Vnom:AUMOV的压敏电压@1mA

Vc:AUMOV钳位电压

Rd:AUMOV 导通时电压钳位在Vc时阻抗-----可以通过查AUMOV规格书，以V10E17AUTO 为例;Vc=53V@Ipk=5A

Rd=(Vc-Vnom)/Ipp

查规格书，计算Rd=(53V-27V)/5A=5.2Ω

计算导通后流过的电流Ipp=【(101V+12V)-Vnom】/(1.5Ω+5.2Ω)=(112V-27V)/6.7Ω≈12.7A@400ms

计算AUMOV上通过的能量(套用1/2 x I²t x Rd)W=1/2 x (12.7A)² x td x Rd=1/2 x 187.69A² x 400ms x 5.2Ω≈167.7J(实际导通时间低于td 400ms)

如果把5a流过AUMOV上的能量折算成40ms宽度脉冲，计算电流大小

½ x I² x 40ms x (R1+ 0.9Ω)=167.7J; I²=3493.75A²; I≈59.1A

计算V10E17AUTO所能承受的最大能量@400ms

1:查规格书知道2ms(方波)对应Wtm=6.5J---Wtm表示MOV所能承受的最大的2ms焦耳能量值

计算AUMOV在承受最大Wtm时的导通阻抗Rtm;

查规格书曲线2ms时对应的最大电流60A;

Wtm=I² x t x Rtm; Rtm=Wtm/ (I² x t); Rtm= 6.5J/(60A² x 2ms)=0.9Ω

2:查规格书可知40ms宽度的Load dump 能量25J;

计算V10E17AUTO 的load dump 电流 25J=1/2 x I² x 40ms x Rtm ; I²=50J/(0.04s x 0.9Ω) ; I²=13.88 X10²A²; I≈37.3A

在相同load dump 宽度下，可知MOV导通需要承受的5a电流59.1A远高于V10E17AUTO规格书标称load dump 电流37.3A

那么如果换成AUMOV V20E17AUTO型号，是否能满足呢?

计算V20E17AUTO所能承受的最大能量@400ms

1:查规格书知道2ms(方波)对应Wtm=35J---Wtm表示MOV所能承受的最大的2ms焦耳能量值

计算V20E17AUTO在承受最大Wtm时的导通阻抗Rtm;

查规格书曲线2ms时对应的最大电流300A;

Wtm=I² x t x Rtm; Rtm=Wtm/ (I² x t); Rtm= 35J/(300A² x 2ms)≈0.19Ω

2: 查规格书可知40ms宽度的Load dump 能量100J;

计算V20E17AUTO 的 load dump 电流 100J=1/2 x I² x 40ms x Rtm ; I²=200J/(0.04s x 0.19Ω) ; I²≈2.63 X104A²; I≈162A

在相同 “抛负载“ 宽度下，可知V20E17AUTO导通需要承受的5a电流59.1A远低于V20E17AUTO规格书标称”抛负载” 电流162A

通过实验，可以看到V20E17AUTO能满足10次Load Dump测试:

作者：李晓辉 Steven Li