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汽车电子中的电源接口防护电路设计分析

范文

王祥楚

摘要：随着人民生活水平的提高，汽车已经进入千家万户，汽车工业的发展给我们的生活带来了巨大的变化，现在的汽车都在向着智能化、网联化的方向发展，车载电子已经成为汽车的重要组成部分，如何让汽车上的各个电器设备稳定可靠地运行，已经成为提高汽车质量、保障汽车安全的重要指标;电源是每个汽车电子设备正常工作的基础，电源接口防护电路是保证汽车电子设备能获得稳定电源的先决条件。

关键词：汽车电子;电源接口防護;车载电源系统

中图分类号：? TP368? 文献标志码：A

近年来汽车电子化程度越来越高，汽车上电子设备也越来越多，电源是汽车电子的基本需求，电源接口防护是保证电源能正常工作的基础。该文从实践电路设计着手，面对宽电压、宽温度、大电流冲击等复杂车载环境，保证汽车电器设备能正常工作。

该公司的车载移动数据终端产品出口欧美等多个国家，使人印象深刻的是第一个欧洲客户定制的M73I（车载移动数据终端），客人的要求是：支持宽电压（9 V～36 V）输入，通过ISO7637-2和ISO16750-2的2个标准。当时我们把重点都放在3G模块、WIFI模块和GPS模块的稳定性调试上，第一版样机拿到实验室测试时，在测试过程中就发现样机不能工作了，分析后发现是电源DC/DC芯片不工作了，以为是国产的DC/DC芯片达不到要求，就直接把DC/DC芯片换成TI的TPS5430，去做第二次测试，结果还是DC/DC芯片坏了，在实验室的指导下，才知道ISO7637-2和ISO16750-2的2个标准是模拟汽车在工作中的各种环境，经过分析发现是电源接口防护电路设计出现了问题，下面对其防护原理进行分析介绍。

1 汽车电源环境和测试标准

车载电源系统环境比普通电源要复杂得多，因为汽车电气设备在运行时产生了大量的电磁干扰，通过辐射、传导或者耦合等方式传播到电源系统，从而影响电子设备的正常工作。汽车分为12 V和24 V电气系统，车载电子产品的测试标准ISO 16750-2《道路车辆-电气及电子设备的环境条件试验第2部分：电气负荷》和ISO7637-2《道路车辆-由传导和耦合引起的电骚扰第二部分：沿电源线的电瞬态传导》，模拟了汽车在运行过程中的各种工作状况。

ISO16750-2中定义了供电电压范围（12V系统6? V～12V，24 V系统10 V～32 V）、过压测试、反极性测试、耐压测试等，主要模拟车辆启动、抛负载、发电机故障等多种工作状况下汽车电气系统的变化。

ISO7637-2中定义了Pulse1、Pulse 2a/2b、Pulse 3a/3b和Pulse 5a/5b等7种不同脉冲宽度的波形干扰。

2 电源接口防护电路设计及器件选型说明

我们了解了车载电源的环境和相关的测试标准，就可以根据这些要求去设计实际的电路。虽然不同的工程师或者不同的防护等级要求都会有不同的电路，下面介绍一种我们经常用在车载电子产品上的电源接口防护电路，如图1所示。

电路的分析和器件选型介绍如下，F1是PPTC（自恢复保险丝），是一种具有自恢复特性的非线性过流保护器件，要根据电路的实际工作电流、工作电压、动作时间等参数来进行选择，特别要注意的是电流，要按实际工作电流的1.5倍来选择。

D1为TVS管（瞬态抑制管），主要用于抗Pulse1/2a/2b/3a/3b;它加在电源进线的前端，是浪涌抑制的关键器件，能起到浪涌削波和钳位的作用，选择TVS管要参考的重要参数是：一个是截止电压，小于等于这个电压时，TVS管处于截止状态;一个是击穿电压，TVS管进入雪崩击穿的电压;另外一个是钳位电压，钳位电压指的是在施加规定波形脉冲峰值电流时TVS管两端的峰值电压。TVS管的选择要特别注意，以24 V系统为例，要达到ISO16750-2的要求，至少要选择5 KP以上的TVS管，一般车载电源DC/DC芯片的输入电压都可以达到40 V以上，TVS管的钳位电压应低于电源DC/DC芯片的最高电压，那么钳位电压为35.5 V的5KP24A满足这样的要求，但是就容易出现TVS管雪崩击穿的情况，因此，正常24 V系统选择比较多的是5KP33A，它能够保证在5a/5b脉冲时TVS管不会坏，但是其钳位电压就变成53.3 V了，已经超出很多DC/DC芯片能承受的电压，因此单独加TVS管不能完全保证电路的安全。

此电路中，PPTC和TVS管都是电路中的重要器件，可以对浪涌起保护作用，有效地抑制脉冲的干扰。当电流超过额定值时，PPTC的温度升高阻值变大。当有干扰脉冲进入电源线路时，TVS管会动作，对流向后端电路的瞬间电流进行分流，PPTC的动作速度会比TVS管来得慢，在大电流的作用下，PPTC呈高阻态，会断开后级电路，减少TVS管的泻流时间，对TVS管起保护作用。

D2为肖特基二极管，其作用是防止电源反接，正常反向击穿电压要超过200V，以免损坏后端器件，应按照大于电路工作电流的2倍来选择，同时也要考虑正向导通压降和功耗。

C1、C2、C3、C4、C5、C6、L1组成π型滤波电路，对Pulse1/2a/2b/3a/3b都有抑制作用，C1、C6正常是电解电容，一般是在220UF以上，主要作用是滤低频;C2、C3、C4、C5是瓷片电容，值比较小，主要作用是滤高频;这种常用电路就不作详细分析了。

后端的DC/DC器件，要选择输入电压比较宽的，例如：8 V～50 V，这样适应范围就比较广了。

3 结语

文中根据实践分析，提出了一种可靠性高、成本低、简单实用的车载电子电源接口保护方案，详细分析了TVS管的选择问题，有效解决了浪涌抑制的问题，保护了电源芯片，该电路可以满足普通车载电器的要求，具有工程推广应用价值。

参考文献

[1]张华.汽车电工电子技术[M].北京：北京理工大学出版社，2011.

[2]陈永真.现代电子技术[M].沈阳：东北大学出版社，2015.

[3]徐小涛.现代通信电源技术及应用[M].北京：北京航空航天大学出版社，2009.

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