汽車電子中的電源接口防護電路設計分析

王祥楚

摘 要：隨著人民生活水平的提高，汽車已經進入千家萬戶，汽車工業的發展給我們的生活帶來了巨大的變化，現在的汽車都在向著智能化、網聯化的方向發展，車載電子已經成為汽車的重要組成部分，如何讓汽車上的各個電器設備穩定可靠地運行，已經成為提高汽車質量、保障汽車安全的重要指標;電源是每個汽車電子設備正常工作的基礎，電源接口防護電路是保證汽車電子設備能獲得穩定電源的先決條件。

關鍵詞：汽車電子;電源接口防護;車載電源系統

中圖分類號：? TP368? 文獻標志碼：A

近年來汽車電子化程度越來越高，汽車上電子設備也越來越多，電源是汽車電子的基本需求，電源接口防護是保證電源能正常工作的基礎。該文從實踐電路設計著手，面對寬電壓、寬溫度、大電流沖擊等復雜車載環境，保證汽車電器設備能正常工作。

該公司的車載移動數據終端產品出口歐美等多個國家，使人印象深刻的是第一個歐洲客戶定制的M73I（車載移動數據終端），客人的要求是：支持寬電壓（9 V～36 V）輸入，通過ISO7637-2和ISO16750-2的2個標準。當時我們把重點都放在3G模塊、WIFI模塊和GPS模塊的穩定性調試上，第一版樣機拿到實驗室測試時，在測試過程中就發現樣機不能工作了，分析后發現是電源DC/DC芯片不工作了，以為是國產的DC/DC芯片達不到要求，就直接把DC/DC芯片換成TI的TPS5430，去做第二次測試，結果還是DC/DC芯片壞了，在實驗室的指導下，才知道ISO7637-2和ISO16750-2的2個標準是模擬汽車在工作中的各種環境，經過分析發現是電源接口防護電路設計出現了問題，下面對其防護原理進行分析介紹。

1 汽車電源環境和測試標準

車載電源系統環境比普通電源要復雜得多，因為汽車電氣設備在運行時產生了大量的電磁干擾，通過輻射、傳導或者耦合等方式傳播到電源系統，從而影響電子設備的正常工作。汽車分為12 V和24 V電氣系統，車載電子產品的測試標準ISO 16750-2《道路車輛-電氣及電子設備的環境條件試驗 第2部分：電氣負荷》和ISO7637-2《道路車輛-由傳導和耦合引起的電騷擾 第二部分：沿電源線的電瞬態傳導》，模擬了汽車在運行過程中的各種工作狀況。

ISO16750-2中定義了供電電壓范圍（12V系統6? V～12V，24 V系統10 V～32 V）、過壓測試、反極性測試 、耐壓測試等，主要模擬車輛啟動、拋負載、發電機故障等多種工作狀況下汽車電氣系統的變化。

ISO7637-2中定義了Pulse1、Pulse 2a/2b、Pulse 3a/3b和Pulse 5a/5b等7種不同脈沖寬度的波形干擾。

2 電源接口防護電路設計及器件選型說明

我們了解了車載電源的環境和相關的測試標準，就可以根據這些要求去設計實際的電路。雖然不同的工程師或者不同的防護等級要求都會有不同的電路，下面介紹一種我們經常用在車載電子產品上的電源接口防護電路，如圖1所示。

電路的分析和器件選型介紹如下，F1是PPTC（自恢復保險絲），是一種具有自恢復特性的非線性過流保護器件，要根據電路的實際工作電流、工作電壓、動作時間等參數來進行選擇，特別要注意的是電流，要按實際工作電流的1.5倍來選擇。

D1為TVS管（瞬態抑制管），主要用于抗Pulse1/2a/2b/3a/3b;它加在電源進線的前端，是浪涌抑制的關鍵器件，能起到浪涌削波和鉗位的作用，選擇TVS管要參考的重要參數是：一個是截止電壓，小于等于這個電壓時，TVS管處于截止狀態;一個是擊穿電壓，TVS管進入雪崩擊穿的電壓;另外一個是鉗位電壓，鉗位電壓指的是在施加規定波形脈沖峰值電流時TVS管兩端的峰值電壓。TVS管的選擇要特別注意，以24 V系統為例，要達到ISO16750-2的要求，至少要選擇5 KP以上的TVS管，一般車載電源DC/DC芯片的輸入電壓都可以達到40 V以上，TVS管的鉗位電壓應低于電源DC/DC芯片的最高電壓，那么鉗位電壓為35.5 V的5KP24A滿足這樣的要求，但是就容易出現TVS管雪崩擊穿的情況，因此，正常24 V系統選擇比較多的是5KP33A，它能夠保證在5a/5b脈沖時TVS管不會壞，但是其鉗位電壓就變成53.3 V了，已經超出很多DC/DC芯片能承受的電壓，因此單獨加TVS管不能完全保證電路的安全。

此電路中，PPTC和TVS管都是電路中的重要器件，可以對浪涌起保護作用，有效地抑制脈沖的干擾。當電流超過額定值時，PPTC的溫度升高阻值變大。當有干擾脈沖進入電源線路時，TVS管會動作，對流向后端電路的瞬間電流進行分流，PPTC的動作速度會比TVS管來得慢，在大電流的作用下，PPTC呈高阻態，會斷開后級電路，減少TVS管的瀉流時間，對TVS管起保護作用。

D2為肖特基二極管，其作用是防止電源反接，正常反向擊穿電壓要超過200V，以免損壞后端器件，應按照大于電路工作電流的2倍來選擇，同時也要考慮正向導通壓降和功耗。

C1、C2、C3、C4、C5、C6、L1組成π型濾波電路，對Pulse1/2a/2b/3a/3b都有抑制作用，C1、C6正常是電解電容，一般是在220UF以上，主要作用是濾低頻;C2、C3、C4、C5是瓷片電容，值比較小，主要作用是濾高頻;這種常用電路就不作詳細分析了。

后端的DC/DC器件，要選擇輸入電壓比較寬的，例如：8 V～50 V，這樣適應范圍就比較廣了。

3 結語

文中根據實踐分析，提出了一種可靠性高、成本低、簡單實用的車載電子電源接口保護方案，詳細分析了TVS管的選擇問題，有效解決了浪涌抑制的問題 ，保護了電源芯片，該電路可以滿足普通車載電器的要求，具有工程推廣應用價值。

參考文獻

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