深度解析“拋負(fù)載保護(hù)”

作為一款與生命有密切相關(guān)的產(chǎn)品，汽車(chē)的安全是所有人都關(guān)注的問(wèn)題。尤其是在那些與控制、安全密切相關(guān)的零部件上面，其對(duì)可靠性的要求之高，更是到了令人難以想象的地步。為了讓汽車(chē)廠商及其供應(yīng)商在一個(gè)規(guī)定的范圍內(nèi)打造高可靠性的產(chǎn)品，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織制定了一系列的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)保證汽車(chē)的安全。

由于標(biāo)準(zhǔn)和保護(hù)的領(lǐng)域眾多，在日前的國(guó)際電子展上，半導(dǎo)體行業(yè)觀察和Littelfuse深入探討一個(gè)叫做“拋負(fù)載保護(hù)”的問(wèn)題，在這里與大家分享。

什么是拋負(fù)載保護(hù)

眾所周知，現(xiàn)在汽車(chē)的電子化程度越來(lái)越高，車(chē)上需要供電的部分也越來(lái)越多，這就使得汽車(chē)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要面對(duì)許多技術(shù)挑戰(zhàn)。當(dāng)然，各種電氣危害的保護(hù)也是設(shè)計(jì)者需要重點(diǎn)考慮的問(wèn)題。電力電子電路中的負(fù)載切換瞬變就是其中的一個(gè)需要高度重視的電氣危害，拋負(fù)載就是其中的一個(gè)典型代表，也就是相關(guān)從業(yè)人員所說(shuō)的“Load Dump”。

據(jù)汽車(chē)電路保護(hù)專(zhuān)家Littelfuse公司的高級(jí)工程師戴泰初介紹，在汽車(chē)系統(tǒng)中，在各種電子控制單元（如ABS、Airbag等）和發(fā)電機(jī)之間，會(huì)有一個(gè)蓄電池。正常情況下發(fā)電機(jī)給蓄電池充電，但是當(dāng)線束老化或者接觸不良時(shí)，就會(huì)碰到電池與電路斷開(kāi)的情況（如上圖紅框內(nèi)所示），這時(shí)候發(fā)電機(jī)就會(huì)給終端產(chǎn)生一個(gè)浪涌電壓，由于這個(gè)浪涌電壓的電壓非常高，持續(xù)時(shí)間非常長(zhǎng)，就會(huì)對(duì)終端的各種電子控制單元造成很大的損害，這種情況就稱(chēng)之為拋負(fù)載。因此在設(shè)計(jì)的時(shí)候就需要考慮到拋負(fù)載保護(hù)的問(wèn)題。

戴泰初告訴半導(dǎo)體行業(yè)觀察的記者，汽車(chē)上的動(dòng)力總成、BMS、EMB/ABS、引擎啟動(dòng)開(kāi)關(guān)、24V系統(tǒng)、LED照明、T-BOX、娛樂(lè)系統(tǒng)、儀表板和DC/DC轉(zhuǎn)換器等都是需要執(zhí)行拋負(fù)載保護(hù)的應(yīng)用。因此對(duì)于Littelfuse這樣的供應(yīng)商而言，如何保證這些應(yīng)用的正常工作，避免拋負(fù)載的危害，就成為他們工作的重點(diǎn)。

做好拋負(fù)載保護(hù)有那些要求

“拋負(fù)載主要受最大電壓、內(nèi)阻和持續(xù)時(shí)間三大因素的影響，因此如何通過(guò)控制這三者的綜合影響，保證應(yīng)用工作在安全區(qū)，就是拋負(fù)載保護(hù)的關(guān)鍵”，戴泰初表示?！癐SO 7637-2和ISO 16750-2國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)也對(duì)拋負(fù)載保護(hù)做了具體的要求”，戴泰初補(bǔ)充說(shuō)。

ISO 16750是一個(gè)如何面對(duì)汽車(chē)電子的安全性隨著所面對(duì)的各種環(huán)境條件以及效應(yīng)下所產(chǎn)生的質(zhì)量因素,以確保道路車(chē)輛行車(chē)安全的規(guī)范，ISO 16750-2就是當(dāng)中的電子負(fù)載測(cè)試。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)適用于任何道路車(chē)輛的電子裝置，規(guī)定主要環(huán)境條件為直流電壓,過(guò)電壓等12項(xiàng)測(cè)試。對(duì)拋負(fù)載也有了要求，那就是ISO 16750-2規(guī)定下的Pulse 5，當(dāng)中有5a和5b兩種測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。

在5a的情況下，測(cè)試脈沖提供了最壞的情況。在12V的情況下，規(guī)定其US的區(qū)間為79伏到101伏，而內(nèi)阻的范圍為0.5歐到4歐，浪涌電壓作用時(shí)間為40ms到400ms。如果做了拋負(fù)載保護(hù)以后，在規(guī)定脈沖之下經(jīng)過(guò)了10次相關(guān)測(cè)試，那么就證明這個(gè)保護(hù)是合格的。

5b也是同樣的測(cè)試，但是由于5b測(cè)試是針對(duì)那些在交流發(fā)電機(jī)內(nèi)安裝了鉗位器件的應(yīng)用，因此在測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)上，降低了相關(guān)的峰值。

從下圖的相關(guān)測(cè)試數(shù)據(jù)上可以看出，拋負(fù)載保護(hù)的相關(guān)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)是非常難通過(guò)的，那就意味著對(duì)相關(guān)的元器件和方案供應(yīng)商來(lái)說(shuō)，需要考慮的問(wèn)題就多了很多，尤其是作為直接功能提供者的元器件供應(yīng)商。

Littelfuse拋負(fù)載方案為汽車(chē)護(hù)航

作為全球知名的保護(hù)方案提供商，Littelfuse在汽車(chē)電子保護(hù)方面也義不容辭。在拋負(fù)載保護(hù)方面，他們最知名的產(chǎn)品是其TVS管保護(hù)方案，這也是全球主流的拋負(fù)載保護(hù)方案。

據(jù)戴泰初介紹，Littelfuse是全球第一大TVS管供應(yīng)商，其在TVS管上面的技術(shù)積累，讓他們能夠輕松滿足拋負(fù)載保護(hù)的需求。在汽車(chē)電子方面，Littelfuse提供了從400W到7000W的TVS管，能夠滿足拋負(fù)載保護(hù)方案的需求，尤其是在收購(gòu)安森美的TVS二極管產(chǎn)品線后，Littelfuse在汽車(chē)上有更加多的應(yīng)用。Littelfuse的SLD和SLD8S系列TVS diode ，更是專(zhuān)門(mén)針對(duì)拋負(fù)載保護(hù)應(yīng)用設(shè)計(jì)的產(chǎn)品。從戴泰初的介紹中我們得知，Littelfuse是全球?yàn)閿?shù)不多能提供7000W拋負(fù)載保護(hù)TVS管的廠商之一。為了給客戶提供更加多樣的TVS選擇，Littelfuse還會(huì)推出5000W和6000W的汽車(chē)級(jí)TVS。

值得一提的是，這些TVS管都是在Littelfuse無(wú)錫工廠生產(chǎn)，能夠更好地服務(wù)國(guó)內(nèi)的客戶。同時(shí)這個(gè)工廠還是Littelfuse晶閘管和半導(dǎo)體放電管的生產(chǎn)點(diǎn)。

除了TVS管，Littelfuse還提供了壓敏電阻MOV的拋負(fù)載保護(hù)方案?，F(xiàn)在他們提供的是AUMOV和AUML兩種方案，因?yàn)榍罢呤遣寰€式的，通流量會(huì)大一點(diǎn)，能夠適合5a類(lèi)應(yīng)用，而后者基本只應(yīng)用在5b方案或其他浪涌保護(hù)上。

戴泰初告訴記者，一輛車(chē)會(huì)用到幾十個(gè)TVS管，因此他們非常重視這個(gè)市場(chǎng)。考慮到汽車(chē)市場(chǎng)的快速成長(zhǎng)，還有汽車(chē)電子化程度的日益提升，汽車(chē)市場(chǎng)勢(shì)必會(huì)給Littelfuse帶來(lái)更大的想象空間。

作為一個(gè)成立于1927年的公司，且在成立前七十多年只是從事保險(xiǎn)絲業(yè)務(wù)的公司，Littelfuse將其可恢復(fù)保險(xiǎn)絲PPTC、TVS管和靜電保護(hù)等產(chǎn)品推到了市場(chǎng)的前列位置。面對(duì)新興市場(chǎng)需求，Littelfuse正在將其觸角擴(kuò)散到功率控制和傳感器等領(lǐng)域，并通過(guò)一系列并購(gòu)擴(kuò)充其產(chǎn)品線，全新的Littelfuse必將給工程師帶來(lái)更好的幫助。