汽車電子 ISO 7637-2測(cè)試的事兒，真的不簡(jiǎn)單！

Load dump， “拋負(fù)載” ，是指斷開電源與負(fù)載的瞬間，由于負(fù)載突變而引起電源電壓急劇的變化，拋負(fù)載可能引起兩類問題：

1、對(duì)設(shè)備的供電失效

2、感性發(fā)電機(jī)產(chǎn)生大電壓尖峰

在汽車電子領(lǐng)域，拋負(fù)載是指在蓄電池充電時(shí)，斷開發(fā)電機(jī)與蓄電池的連接而引起發(fā)電機(jī)輸出大電壓尖峰，從而使得其它連接到發(fā)電機(jī)電源的設(shè)備受到破壞的威脅。在交流發(fā)電機(jī)內(nèi)部包含感性線圈和整流器，在對(duì)蓄電池進(jìn)行大電流充電時(shí)，這時(shí)如果突然斷開蓄電池，由于感性器件的電流無法突變，將引起交流發(fā)電機(jī)輸出電壓急劇上升，此電壓尖峰可能高達(dá)120V，并需要持續(xù)400ms 后消退。

拋磚引玉過后，今天測(cè)測(cè)要講的就是汽車電子系統(tǒng)中常見有害的電源瞬態(tài)情況。

電源線上面的瞬態(tài)浪涌主要來源于電感的能量釋放，前置動(dòng)作是開關(guān)的閉合或打開。電感可能是來源于感性的負(fù)載、線路雜散電感等。這個(gè)電感，是真實(shí)存在電路中的。對(duì)于這些常見的浪涌，工程師們?cè)趯?shí)踐中逐漸總結(jié)出幾種比較有代表性的浪涌波形，形成了一整套測(cè)試或驗(yàn)證的標(biāo)準(zhǔn)。汽車電子電源線上的瞬態(tài)浪涌波形有：Pulse 1、2a、2b、3a、3b、4、5a、5b。最開始這八類波形都?xì)w納到ISO 7637-2標(biāo)準(zhǔn)中，而后在2011年把Pulse 4、5a、5b這三類歸為ISO 16750-2中。下面，測(cè)測(cè)將針對(duì)這八種波形逐一介紹。

7637-2/16750-2的波形

“有哪些波形??？”“別著急，往下看??！”

雖然很多工程師都能把ISO 7637-2說的頭頭是道，但是測(cè)測(cè)就不相信你們能一個(gè)個(gè)波形畫出來，不管怎么樣，別搶我的戲份，現(xiàn)在請(qǐng)讓我發(fā)揮——

「 Pulse 1 」

Pulse 1浪涌波形是用來模擬產(chǎn)品與感性負(fù)載并聯(lián)時(shí)，若供電突然斷開，感性負(fù)載兩端電壓會(huì)反向施加到產(chǎn)品供電端，需要依靠產(chǎn)品供電處的防反電路去承受。

Pulse 1 定義與感性負(fù)載并聯(lián)的電子設(shè)備在電源收到干擾時(shí)的浪涌波形。電源從正常工作電壓降到0V，在100us之后施加衰退時(shí)間為2ms，尖峰值-150V的負(fù)脈沖，測(cè)試Setup中包括10Ω串阻以限制負(fù)脈沖的能量。

「 Pulse 2a 」

Pulse 2a浪涌波形是用來模擬供電線束上的雜散電感。由于并聯(lián)的某個(gè)負(fù)載斷開，造成供電處線束雜散電感中電流變化，進(jìn)而產(chǎn)生一個(gè)正的電壓疊加到供電處，這個(gè)就需要產(chǎn)品供電端口存在浪涌鉗位器件。

Pulse 2a定義電流瞬間注入待測(cè)電子設(shè)備引起正電壓尖峰。當(dāng)電子設(shè)備突然停止吸收電流時(shí)，存在線束中的電流由于感性不能突變，因此形成電壓尖峰。電源從正常工作電壓在1us內(nèi)上升到112V，持續(xù)0.05ms，測(cè)試Setup中包括 2Ω 串阻以限制電壓尖峰的能量。

「 Pulse 2b 」

Pulse 2b浪涌波形是用來模擬產(chǎn)品與直流電機(jī)并聯(lián)時(shí)，當(dāng)供電斷開后，直流電機(jī)就等效成了發(fā)電機(jī)，產(chǎn)生了一個(gè)正向的電壓施加到供電處，有點(diǎn)像能量回收。

Pulse 2b定義關(guān)閉點(diǎn)火器，使用直流電機(jī)作為電源時(shí)發(fā)生的狀況，例如汽車熄火后加熱器仍在工作，在自身停止旋轉(zhuǎn)前，鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)可以在短時(shí)間內(nèi)為系統(tǒng)提供直流電源。電源從正常電壓在1ms內(nèi)降低到0V，持續(xù)1ms升高至10V，最終再緩慢下降到0V。

「 Pulse 3a&3b 」

Pulse 3a浪涌波形與Pulse 1相似，當(dāng)電源開關(guān)為機(jī)械開關(guān)時(shí)，斷開后由于拉弧而引起的周期性的浪涌沖擊，幅值正負(fù)都有，速度很高。

Pulse 3b浪涌波形與Pulse 2a類似，模擬電源開關(guān)為機(jī)械開關(guān)時(shí)，斷開后由于拉弧而引起的周期性的浪涌沖擊，速度很高。

Pulse 3a&3b定義開關(guān)和繼電器在操作過程中電弧放電引起的正/負(fù)電壓尖峰。測(cè)試Setup中包括50Ω串阻以限制電壓尖峰的能量。

「 Pulse 4 」

Pulse 4浪涌波形是模擬起動(dòng)機(jī)上電啟動(dòng)時(shí)，由于存在很大的沖擊電流，造成線路上存在很大的壓降，進(jìn)而造成產(chǎn)品供電處的電壓波動(dòng)，說白了就是低壓?jiǎn)?dòng)問題。

「 Pulse 5a&5b 」

Pulse 5a/5b浪涌波形，就是最一開頭提及的拋負(fù)載Load Dump，也是能量最大的浪涌波形。Pulse 5a/5b波形是模擬交流發(fā)電機(jī)給電池充電時(shí)，電流很大，如果意外造成電池?cái)嚅_，那么交流發(fā)電機(jī)的輸出電壓會(huì)急劇上升，施加到產(chǎn)品供電處。

Pulse 5a和Pulse 5b浪涌波形區(qū)別在于，5b波形是假設(shè)產(chǎn)品外部存在一個(gè)鉗位保護(hù)器件（鉗位到35V）；而5a波形則沒有，所有浪涌能量都需要產(chǎn)品本身來抵抗對(duì)于Pulse 5a。

另外從兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的角度來看，ISO 16750-2定義的上升沿為10% (US-UA)到90%(US-UA)，而ISO 7637-2定義的是10%US到90%US；對(duì)于Pulse 5b，ISO 16750-2 和ISO 7637-2在US和US*的上升時(shí)間tr有細(xì)微的差別。

在拋負(fù)載測(cè)試中，ISO 16750-2與ISO 7637-2最顯著的區(qū)別在于，ISO 16750-2要求在10分鐘內(nèi)，每隔1分鐘對(duì)DUT打一次拋負(fù)載電源測(cè)試波形，而ISO 7637-2只要求測(cè)試一次。

「ISO 16750-2過電壓 」

對(duì)于12V系統(tǒng)，

第一種是 T= (Tmax-20 °C ) 試驗(yàn)， 模擬發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)器失效引起發(fā)電機(jī)輸出電壓上升到高于常規(guī)供電電壓。測(cè)試前，在熱空氣加熱箱中將DUT加熱到T= (Trnax-20 °C )。再用18V±0.2V向DUT的所有相關(guān)輸入供電，持續(xù)60min±10%。

第二種是 室溫試驗(yàn)， 模擬跳變起動(dòng)，確定DUT處于穩(wěn)定的室溫溫度。用24V±0.2V向DUT的所有相關(guān)輸入供電60min±10%。

對(duì)于24V系統(tǒng)，

T= (Tmax-20 °C ) 試驗(yàn)， 模擬發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)器失效的條件。在熱空氣加熱箱中將DUT加熱到T= (Trnax-20 °C )。用36V±0.2V向DUT的所有相關(guān)輸入供電60min±10%。

「ISO 16750-2疊加交流電壓 」

測(cè)試模擬直流供電下的紋波電壓。ISO 16750-2定義測(cè)試不同的AC電壓峰峰值1V/2V /4V，分別對(duì)應(yīng)不同的嚴(yán)酷度（依次1/4/2，嚴(yán)酷度3僅針對(duì)24V電源系統(tǒng)），掃描頻率50Hz25kHz，疊加交流電壓后的電源電壓峰值為16V ，電源內(nèi)阻50mΩ100mΩ。

「ISO 16750-2供電電壓的緩升緩降 」

供電電壓緩升緩降是模擬蓄電池逐漸放電和充電的過程。測(cè)試過程中同時(shí)對(duì)DUT有效輸入端進(jìn)行下列試驗(yàn)，按(0.5±0.1)V/min 的線性變化率或步長(zhǎng)不大于25mV，將供電電壓由Umax降到0V，然后從0V升到Umax。緩升緩降過程不要求DUT可以一直正常地工作，但要求設(shè)備在這種狀況下不至于損壞，并在供電恢復(fù)正常時(shí)繼續(xù)工作。

「ISO 16750-2電壓瞬態(tài)變化 」

電壓瞬態(tài)變化，相比于緩升緩降的電壓值變化更加迅速，包括了以下幾點(diǎn)：

1、電壓中斷，供電電壓瞬時(shí)下降時(shí)，模擬另一電路內(nèi)的常規(guī)熔斷器元件熔化時(shí)造成的影響。

針對(duì)12V系統(tǒng)，

針對(duì)24V系統(tǒng)，

2、電壓微跌重置，檢驗(yàn)在不同的電壓微跌下DUT的復(fù)位性能，適用于具有重置功能的設(shè)備。（例如，裝有一個(gè)或多個(gè)微控制器的設(shè)備）。

供電電壓從Umin降5%到0.95Umin。保持該電壓5s。電壓上升到Umin。至少保持10s并進(jìn)行功能試驗(yàn)。然后電壓降至0.9Umin，重復(fù)做一遍試驗(yàn)。繼續(xù)按上圖所示，以Umin的5%為一級(jí)直到0V。然后再將電壓升到Umin。

3、啟動(dòng)輪廓，檢查電源不穩(wěn)和不穩(wěn)之后的DUT動(dòng)作情況，一般是汽車啟動(dòng)前和啟動(dòng)后的特性。

標(biāo)準(zhǔn)要求測(cè)試10次，每次循環(huán)間隔1~2s。詳細(xì)測(cè)試規(guī)范定義不同應(yīng)用對(duì)應(yīng)四個(gè)測(cè)試等級(jí)，不同等級(jí)的電壓值和持續(xù)時(shí)間略有差別。

AMETEK CTS ISO 7637測(cè)試系統(tǒng)對(duì)汽車電子零部件瞬態(tài)發(fā)射等級(jí)和瞬態(tài)抗擾度能力進(jìn)行測(cè)試，滿足 ISO 7637-2、ISO 7637-3標(biāo)準(zhǔn)以及各車廠的測(cè)試要求。該系統(tǒng)集成了ISO 7637瞬態(tài)抗擾度測(cè)試儀、瞬態(tài)發(fā)射測(cè)試儀及電池模擬器。適用于各大車廠針對(duì)各種汽車電子設(shè)備的瞬態(tài)測(cè)試。

汽車電子瞬態(tài)抗擾度測(cè)試系統(tǒng)以NSG 5500測(cè)試主機(jī)、+ ARB Option任意波發(fā)生器測(cè)試主機(jī)為核心，配合Teseq的MT 5511微脈沖發(fā)生器、拋負(fù)載發(fā)生模塊LD 5550以及PA 5840功率放大器和容性耦合鉗、電流注入鉗等附件，利用AutoStar 7全自動(dòng)測(cè)試軟件，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的ISO 7637-2瞬態(tài)抗擾度測(cè)試。

? 模塊化設(shè)計(jì)，采用 GEMINI結(jié)構(gòu)

? 完全符合ISO 7637-2/ ISO 7637-3標(biāo)準(zhǔn)要求和絕大多數(shù)車廠測(cè)試要求

? PA 5840提供高達(dá)150kHz帶寬的頻率響應(yīng)

? 具備波形克隆（Clone）功能，可克隆波形頻率范圍DC-500kHz

? 真正全面的任意波形發(fā)生系統(tǒng)

? 微中斷測(cè)試模塊能夠滿足微中斷測(cè)試，開關(guān)時(shí)間小于1us。中斷持續(xù)時(shí)間最小達(dá)1us

? 具有獨(dú)有的被測(cè)品電壓和電流實(shí)時(shí)監(jiān)控和自動(dòng)補(bǔ)償功能

? 通過擴(kuò)展可以滿足SAE和FORD、GM標(biāo)準(zhǔn)中要求的磁場(chǎng)測(cè)試和低頻傳導(dǎo)正弦波的測(cè)試功能

? 具有獨(dú)有系統(tǒng)緊急開關(guān)和人體安全保護(hù)裝置

? 可以擴(kuò)展到4通道同步信號(hào)輸出功能，可以滿足FORD CI230等試驗(yàn)的特殊要求

? 測(cè)試系統(tǒng)帶載能力強(qiáng)：能夠提供直流100A的供電能力

? 可實(shí)現(xiàn)自由編程，各種復(fù)雜波形輕松實(shí)現(xiàn)

AMETEK CTS這套7637系統(tǒng)是屬于可以盲選的，國內(nèi)諸多汽研機(jī)構(gòu)和整車廠都在用，測(cè)測(cè)不夸張的講：

說標(biāo)準(zhǔn)歷經(jīng)幾次改版，像NSG 5500等型號(hào)“尚能飯否”？難道和那個(gè)A字頭熱水器品牌一樣，可以用“半個(gè)世紀(jì)”？

審核編輯 黃宇