汽車電子ISO7637-2 脈沖波形研究

李銷，馬齊成，林積涵

（廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院，廣東 廣州 511434）

1 前言

汽車的供電系統由汽車發電機和蓄電池構成，同時汽車起動機作為汽車發動的主要部件也是與供電系統相連的。蓄電池在汽車啟動時為起動機提供電力，旋轉的起動機拖動發動機旋轉，幫助發動機正常啟動。在發動機啟動以后起動機與發動機脫離開，并與供電系統脫離。發動機運轉帶動發電機運行，并對蓄電池進行充電，與蓄電池一起對車上所有的電子電氣模塊供電；當汽車引擎不工作時，由蓄電池對車上所有的電子電氣模塊供電。汽車供電系統的整個網絡都可能產生正常或者異常的關斷，在實際測試中必須考慮到用電設備的各種可能出現的情況，故需要模擬這些情況，iso7637-2脈沖就是針對這部分做測試。

圖1

2 脈沖詳述

2.1 脈沖1

2.1.1 電路等效模型

該脈沖是模擬車上感性負載（如電動座椅馬達以及車窗和座椅的加熱系統）與電源斷開連接時，與它并聯的被測設備電源端所產生的瞬態現象。脈沖1 發生在開關斷開時，由于電感需要維持原來的電流，因此會對和其電源端產生較大幅度的負脈沖波形。脈沖1 在實際車正常行駛過程中是不會出現，在實際的實驗過程中滿足等級C 的要求即可，允許初始化的過程，記憶功能保持A。

圖2

2.1.2 實驗的基本要求

脈沖1 的主要能量集中在Td=2ms 的主要時間內，且脈沖上升速度快，屬于中等速度和中等能量的脈沖，對電子模塊會導致功能干擾導致誤動作和器件破壞兩方面的作用。由于是負脈沖，一般的反接保護和大電容往往能對電路進行直接的保護。

圖3

表1

2.2 脈沖2

2.2.1 脈沖2a 電路等效模型

圖3

脈沖2a 是模擬在線束電感的作用下，與模塊并聯的裝置內突然斷開所引起的瞬態現象，它可以是保險絲熔斷，異常關斷等，此時電感需要維持本身的電壓就產生了一個幅度較高的正脈沖電壓給到DUT。這個脈沖也存在于正常工作條件下，如空調和車窗等，因此需要模塊在實驗過程中仍舊處在正常工作狀態，所以工作要求等級A。

2.2.2 脈沖2a 波形參數

由于線束的電感量較小，所以該脈沖的幅度不高、前沿較快、寬度較小和內阻較小。在整ISO7637-2 標準里屬于速度偏快和能量較小的脈沖干擾。脈沖2a 的上升時間為1us，持續時間為0.05ms，由于內阻較小為2Ω，可產生的電流較大。它屬于速度偏快、能量較小的脈沖干擾，對器件有一定的破壞作用。

圖4

2.3 脈沖2b

2.3.1 脈沖2b 電路等效模型

脈沖2b 是感性電動機充電發電機在正常運轉的情況下，點火開關突然斷開，產生的負向脈沖的瞬態現象。

圖5

2.3.2 脈沖2b 波形參數

圖6

這是一個電壓不高、前沿較緩、寬度很大和內阻很小的脈沖。在整個ISO7637-2 標準里屬于低速和高能量的脈沖干擾，著重考核對設備的破壞性。P2b 脈沖的這個作用與P5 有點相似，但電壓較低，脈沖更寬。

2.4 脈沖3

2.4.1 電路等效模型

脈沖3 分為負脈沖3a 和正脈沖3b。在車內繼電器、固態開關和汽車本身開關閉合的過程中，由于線束的分布電容和分布電感的影響，使得電源端會產生大量的浪涌脈沖。脈沖3 是疊加在整車電壓下的瞬態脈沖，因此對于此脈沖來說，模塊仍舊需要正常工作。脈沖3a 和3b 在行車過程是經常出現的，所以，需要保證滿足等級A 的要求。

圖7

2.4.2 波形參數

由于線束分布電容和電感的值通常都很小，持續時間為100us，上升時間為5ns。它是一系列高速、低能量的小脈沖，通常會引起模塊內部的邏輯功能產生誤動作。

脈沖3a 的波形參數如下圖：

圖8

脈沖3b 的波形參數如下圖：

圖9

2.5 脈沖4

2.5.1 電路等效模型

脈沖4 是模擬汽車啟動或大負載電路通電時，由于電流需求很大（可以達到100A 以上），使得整個電池電壓降低。此類脈沖在汽車發動點火的過程中會發現，行車過程不會出現，所以一般要求等級C，允許樣機重新初始化。

圖10

2.5.2 波形參數

脈沖4 主要驗證當負載通電時需求一個很大的電流，產生很大的電壓跌落，判斷該過程中可能產生誤動作情況。DUT 內部MCU 有可能會出現數據丟失和程序紊亂。這種波形出現的現實情況是：在啟動引擎時，特別是在寒冷的天氣、電池沒有充滿的情況下，機油變的非常粘稠，引擎需要提供更大的動力才能開啟。因此，啟動過程中需要電池提供更大的電流，較大的電流負載會導致電源電壓產生較大的跌落脈沖。

圖11

2.6 脈沖5

2.6.1 電路等效模型

脈沖5 是模擬拋負載瞬態現象。當交流電機轉動充當放電機給電池及其他電子負載供電時，電池突然斷開，即相當發電機負載突然變小，但發電機功率輸出依舊（需反應時間）為電池未斷開時的功率，多余的電池功率需要其他負載分擔，即產生了脈沖5 波形。 此類脈沖會出現在車上電池螺絲沒有鎖緊的情況，實車一般要求滿足等級C。拋負載的幅度取決于斷開電池連接時，發電機的轉速和發電機的勵磁場強的大小。拋負載脈沖寬度主要取決于勵磁電路的時間常數和脈沖幅度。大多數新型交流發電機內部，拋負載幅度由于增加了限幅二極管而受到抑制（鉗位）。受到鉗位后而產生的脈沖波形稱之為脈沖5b。

圖12

該波形會比脈沖5a 的能量小很多。

2.6.2 波形參數

圖13

脈沖5 屬于能量比較大的脈沖，除了考驗電子模塊在浪涌脈沖的作用下的抗干擾能力外，事實上很大程度也對內部的器件構成了很大的威脅。

3 結束語

本文詳細介紹了ISO7637-2 的各種脈沖波形形成機理的等效模型及波形參數，同時也列舉了一些更貼近汽車實際使用情況下出現與該脈沖相關的情況，為廣大ISO7637-2 脈沖實驗者或者方案整改提供一些理論依據。