适合汽车ISO16750-2抛负载保护的TVS器件选型

发布时间： 2020/6/10 11:47:06 | 1183 次阅读

Load Dump

Load dump，中文“抛负载”，是指断开电源与负载的瞬间，由于负载突变而引起电源电压急剧的变化，抛负载可能引起两类问题：

1. 对设备的供电失效

2. 感性发电机产生大电压尖峰

在汽车电子领域，Load dump是指在蓄电池充电时，断开发电机与蓄电池的连接而引起发电机输出大电压尖峰，从而使得其它连接到发电机电源的设备受到破坏的威胁。如下图1所示，在交流发电机内部包含感性线圈和整流器，在对蓄电池进行大电流充电时，这时如果突然断开蓄电池，由于感性器件的电流无法突变，将引起交流发电机输出电压急剧上升，此电压尖峰可能高达 120V，并需要持续 400ms 后消退（如图2）。

图1. 标准的3相定子绕组 + 6个整流二极管产生直流电配置

图2. Load Dump（Unclamped）

早期的交流发电机没有引入钳位设计，在Load dump的情况下，会产生高达100V的尖峰电压。如今的交流电机设计中会增加钳位设计（图3），在 12V 电源系统中，Load dump一般被钳位在 35V；而在 24V 电源系统中，Load dump一般被钳位在 60V。注意，虽然 ISO 16750-2 有规定包含钳位设计的交流电机输出电压会被钳位在35V，但各家车厂可能有自定义的电压标准。

图3. Load Dump（Clamped）

在 ISO 16750-2 中针对交流发电机输出是否包含钳位设计，定义了两种Load Dump电源测试波形，Test A 和 Test B，如图4所示：

· Test A—without centralized load dump suppression

· Test B—with centralized load dump suppression

图4. Load Dump电源测试波形（ISO 16750-2）

在Load dump测试中，ISO 16750-2 与 ISO 7637-2 显著的区别在于， ISO 16750-2要求在 10 分钟内，每隔 1 分钟对DUT打Load dump电源测试波形，而ISO 7637-2只要求测试。

在 ISO 7637-2 和 ISO 16750-2 中均定义了电机输出的内阻 Ri ，其值在 0.5Ω ~ 4Ω 之间，Ri可以有效抑制输出到外部电路的能量，如图5所示。需要注意的是，Ri在有钳位保护功能电机中是位于钳位二极管之前，也就是说，如果采用 TVS 管作为电源入口的Load Dump保护，而且钳位电压小于电机输出的钳位电压（35V）的话，必须确保该TVS管具有足够的能力吸收Load Dump所有的能量。在有的设计中，也可能在TVS管前串接电阻（图中未标出）以辅助耗散Load Dump下的能量，但串阻不仅会引起电源线上的压降，而且在设备正常工作时，它也会产生一定的功耗。