【经验】基于ISO7637标准的车载电源系统设计，提升电源系统的抗干扰能力
对整机系统来说，必须有针对性地对电源进行净化处理。除了对干扰源的消除，最重要的是必须提升电源系统的抗干扰能力。常用的提升电源系统的抗干扰能力的方法包括：用吸收法进行尖峰滤除，以消除正脉冲干扰，采用的器件可以是热敏电阻、TVS管等；对于负脉冲，可以采用增加电容容量，利用蓄能抵抗干扰。对于电源跌落干扰，可以增加电源的滤波电容，在满足成本和性能指标要求的同时，尽量选用宽压输入范围的电源芯片。
图1 电源系统框图
针对ISO7637对汽车电子设备在电源上的抗扰度要求，这里韬略科技给出一个合理的12V电源系统方案，系统框图如图1所示。
电源系统包括防反接保护、浪涌保护、共模扼流、π型滤波和DC/DC处理五个部分。各部分工作原理如下：防反接保护使用一个普通二极管就可以实现。
浪涌保护包括一个PPTC和TVS管，可以有效抑制类似于脉冲5的干扰。PPTC是热敏电阻器，电阻随温度升高而增加。TVS是瞬态电压抑制二极管，其具体选型原则后面详细介绍。当有脉冲5干扰进入电源线路时，TVS会动作，对流向后端电路的瞬间电流进行分流，而受保护的后端电压被限制在TVS两端的钳位电压。PPTC的动作速度慢于TVS，在大电流的作用下，PPTC呈高阻，会断开后级电路，可以起到减少TVS泻流时间，保护TVS的功能。共模扼流部分是一个共模扼流圈，能有效抑制高频共模噪声，提高电源电路的抗电磁干扰，同时抑制电路自身向外发射干扰。π型滤波电路进一步滤除噪声，净化进入后端电路的电源。
DC/DC处理根据实际应用完成各种类电源转换，例如5V、3.3V、1.8V等。本电源系统选用车载级的DC/DC芯片。它具有8～50V的宽电压输入范围。输出可调，范围为0.8～24V。输出驱动能力达到3A，能满足各种后端负载的需求。其输入管脚边上配备一大一小两个电容，除了滤除噪声，还具有储能的作用，其中极性大电容C5使用高品质钽电容。因为该芯片的最低工作电压为8V，在遇到脉冲4的干扰时，电压跌落会达到6V，为保证在跌落的短瞬间芯片仍能提供正常输出，大电容的容值要足够大，在输入电压跌落时能提供足够储能。方案实际测试结果表明电容C5的值至少要为220μF。
图2 电源系统电路图
类似于脉冲5的浪涌脉冲具有能量大、作用时间短的特点，会对系统电路造成不可修复的破坏，因此对脉冲5的抑制是整个前端保护电路设计的重点。首先要确定整个被保护系统的最大输入电压，芯片的最大耐压值为50V，所以在发生脉冲5的浪涌冲击时，TVS管必须能把电压钳制在50V以下。TVS管选型有几个重要参数：可承受的反向电压Vrwm、反向击穿电压Vbr、钳位电压Vc。Vrwm必须大于系统的正常输入工作电压，以防止TVS管对正常输入电压进行动作。Vbr和Vc要小于被保护电路的最大耐压值，同时尽量接近该值。TVS管的额定最大功率必须大于类似脉冲5干扰的最大功率，以防止被击坏。
本设计中选用型号为5KP30A的TVS管，该管的Vrwm值为30V，Vbr在33.3～38.3V之间，Vc为48.4V。在相关车载电子设备上，有的汽车厂商还会要求设备具有一定的过压工作时间，这个最大过压值也是TVS选型的一个参数，Vbr最好略大于最大过压值。总之，在选型TVS管时，要结合整个电路的电气参数及成本综合考虑。
方案测试
ISO7637的第二部分对沿电源线的传导和耦合引起的电干扰给出了具体的测试方法。对于测试结果,通常按以下标准术语来对设备的抗扰性能力进行描述。
A级:被测试装置或系统在施加干扰过程中及干扰撤除后,能执行其预先设计的所有功能。
B级：被测试装置或系统在施加干扰过程中,能执行其预先设计的所有功能，然而，可能有一项或多项指标超出规定的偏差。干扰消除后,所有功能自动恢复到正常工作。
C级:被测试装置或系统在施加干扰过程中,不执行其预先设计的一项或多项功能,但在停止施加干扰之后能自动恢复到正常操作状态。
D级:被测试装置或系统在施加干扰过程中,不执行其预先设计的一项或多项功能,干扰消除后,通过外部复位动作, 可恢复到正常操作状态。
E级:被测试装置或系统在施加干扰过程中及干扰消除后, 不能执行其预先设计的一项或多项功能,且复位也不能使被测试装置或系统恢复正常操作, 必须进行维修(即硬件发生损坏)。
针对不同的车载电子设备，各个汽车厂商对测试设备抗扰性能力等级要求各不相同。对车载DVD，收音系统，要求至少为C级，对车身控制，报警设备等为A级。一般而言，至少都是C级或以上。本方案车载DVD影音系统，并进行了ISO7637的5类脉冲测试。测试的结果表明，该方案是可靠的，影音系统的抗扰能力至少达到B级。
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解析PPTC特性和选型
PPTC可以做到重复使用6000次以上，而且动作时间快、串联在电路中的损耗低。不仅是在电路上起到了一个保护的作用，在对于没有PPTC保护的电路上万一出现了问题烧坏的可能就是某个重要元件了，这也是变相起到了节约成本的作用。
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【产品】韬略科技推出的1.5KP系列TVS，通过AEC-Q101认证，支持高达1500W的峰值脉冲功率
韬略科技推出的1.5KP系列TVS，符合RoHS标准，器件通过AEC-Q101认证，具有快速响应特性和高达1500W的峰值脉冲功率@10×1000μs波形；采用DO-214AB (SMC)外壳封装，模压塑封，阻燃等级符合UL 94V-0标准。
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提供辐射发射测试、传导发射预测试、EMI噪声频率扫描服务。消费电子辐射发射预测试频率范围30MHz-1GHz、 车载电子9KHz-3GHz，并针对问题给出EMC整改方案。支持到场/视频直播测试，资深专家全程指导。
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提供消费和车载电子静电摸底测试服务，测试接触放电和空气放电士20KV±20%，并将针对测试出的问题给出ESD整改方案。支持到场/视频直播测试，资深专家全程指导。
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