一文讀懂汽車(chē)電源系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

汽車(chē)電源系統(tǒng)是由交流發(fā)電機(jī)、電壓調(diào)節(jié)器、蓄電池等組成，結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1一1。電源系統(tǒng)的作用是供給全車(chē)用電設(shè)備的電力需要，其中蓄電池主要用于發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)短時(shí)間內(nèi)向起動(dòng)機(jī)及點(diǎn)火系統(tǒng)供電：發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)則由發(fā)電機(jī)向全車(chē)用電設(shè)備供電，同時(shí)剩余的電力向蓄電池充電，保證蓄電池?fù)碛凶銐虻碾娏?電壓調(diào)節(jié)器在發(fā)電機(jī)上保證其輸出的電壓穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)，防止因電壓起伏過(guò)大而燒毀用電設(shè)備。

汽車(chē)電源異?，F(xiàn)象可分為啟動(dòng)脈沖、爬坡特性、疊加交流電壓、過(guò)電壓現(xiàn)象、電壓中斷、拋負(fù)載等。

啟動(dòng)脈沖：當(dāng)發(fā)動(dòng)引擎時(shí)，首先通過(guò)蓄電池供電（Us），由于起動(dòng)機(jī)的短大電流和發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)件阻力較大（建立扭矩的過(guò)程），加之蓄電池因低溫化學(xué)反應(yīng)活性下降，會(huì)造成供電電壓在很短時(shí)間（tf）內(nèi)明顯下降，溫度越低，蓄電池越舊，電壓（Us6）下降的幅度就越大；當(dāng)建立扭矩后，起動(dòng)機(jī)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，并克服初始機(jī)械阻力，電機(jī)可以處于短期（t6）超載狀態(tài)，

此時(shí)電流最大，供電電壓最低，最低可為 3V；當(dāng)機(jī)械系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，起動(dòng)機(jī)帶動(dòng)引擎轉(zhuǎn)速逐步提升，在此期間（t7），起動(dòng)機(jī)的電流開(kāi)始減少，電壓開(kāi)始恢復(fù)到 UA；t8段描述了發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火前的供電條件，在 UA上疊加了一個(gè)幾 Hz 的正弦波，用以模擬引擎在點(diǎn)火前因氣缸壓縮產(chǎn)生的阻力扭矩；當(dāng)引擎轉(zhuǎn)速逐漸提高，發(fā)電機(jī)出力漸增，隨之逐缸點(diǎn)火，后經(jīng)歷 tr后，起動(dòng)機(jī)退出工作，系統(tǒng)電壓恢復(fù)。

爬坡特性：在 ISO 16750-2 中，該試驗(yàn)?zāi)M蓄電池逐漸放電和充電條件下，EUT 的承受能力。該特性持續(xù)的時(shí)間基本上都比較長(zhǎng)，其電壓變化是連續(xù)而緩慢的，并且電壓的變化呈直線變化。供電電壓緩降是模擬諸如在長(zhǎng)期不使用車(chē)輛時(shí)由內(nèi)置設(shè)備（時(shí)鐘）帶來(lái)的電池逐漸放電現(xiàn)象；供電電壓緩升是連接車(chē)載充電會(huì)帶來(lái)電池的緩慢充電。

疊加交流電壓：ISO 16750-2 規(guī)定的疊加交流電壓試驗(yàn)是為了模擬直流供電下的紋波電壓對(duì) EUT 的承受能力。汽車(chē)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，發(fā)電機(jī)和蓄電池并聯(lián)，同時(shí)向各種用電器供電。發(fā)電機(jī)的主要作用在于向蓄電池充電，其輸出是帶有交流紋波分量的，同時(shí)像大功率的音頻設(shè)備，也會(huì)給并聯(lián)的設(shè)備帶來(lái)交流電壓分量。這些疊加電壓波形在大多情況下為正弦波，但是在一些車(chē)廠標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定為阻尼振蕩波（Renault 36.00.400/C）、 三 角 波（VOLVO STD 515-0003）等。ISO 16750-2 標(biāo)準(zhǔn)中的主要參數(shù)見(jiàn)圖 3 和表 4，可以根據(jù) EUT 在車(chē)輛安裝中的位置，選擇不同的嚴(yán)酷等級(jí)。

過(guò)電壓現(xiàn)象：ISO 16750-2 規(guī)定的過(guò)電壓試驗(yàn)是為了模擬因發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)器失效，引起發(fā)電機(jī)輸出異常電壓時(shí)，EUT 的承受能力。在 ISO 16750-2 中，過(guò)電壓可分為 T=（Tmax-20K）

條件試驗(yàn)和室溫條件試驗(yàn)。T=（Tmax-20K）條件試驗(yàn)主要是為了模擬當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)器失效引起的發(fā)電機(jī)輸出電壓上升到高于正常電壓且處于一定環(huán)境溫度的現(xiàn)象，室溫條件試驗(yàn)是為了模擬輔助啟動(dòng)現(xiàn)象。過(guò)電壓的試驗(yàn)要求詳見(jiàn)圖 4 和表 5。

電壓中斷： 在 ISO 16750-2 中主要包括供電電壓瞬時(shí)下降和對(duì)電壓驟降的復(fù)位性能兩個(gè)試驗(yàn)。供電電壓瞬時(shí)中斷主要是為了模擬常規(guī)熔斷器元件在另一電路熔化的現(xiàn)象，見(jiàn)圖 5。在這個(gè)試驗(yàn)中，要求試驗(yàn)脈沖的上升和下降時(shí)間≤ 10ms，EUT 試驗(yàn)要求達(dá)到 B。對(duì)電壓驟降的復(fù)位性能試驗(yàn)用于驗(yàn)證被測(cè)設(shè)備在不同電壓中斷情況下的復(fù)位能力，波形見(jiàn)圖 6。該試驗(yàn)適用于具有復(fù)位功能的被測(cè)設(shè)備（例如：帶有微控制器的設(shè)備）

拋負(fù)載： 拋負(fù)載是指發(fā)電機(jī)供電系統(tǒng)中，因瞬時(shí)卸載而在發(fā)電機(jī)端產(chǎn)生的遠(yuǎn)大于供電電壓的瞬時(shí)脈沖，一般發(fā)生在發(fā)電機(jī)滿載運(yùn)行或充電狀態(tài)，蓄電池連線突然斷開(kāi)產(chǎn)生的拋負(fù)載現(xiàn)象，瞬間電壓峰值可達(dá)額定供電電壓的 5~10倍。由于電子設(shè)備在車(chē)上的應(yīng)用越來(lái)越多，車(chē)輛生產(chǎn)商和零部件供應(yīng)商也對(duì)拋負(fù)載試驗(yàn)做了很多研究和嘗試，積累了許多有效抑制拋負(fù)載的經(jīng)驗(yàn)。在 ISO 16750-2 中分為兩類(lèi)：無(wú)集中抑制（試驗(yàn) A 適用）和有集中抑制（試驗(yàn) B 適用），試驗(yàn)波形見(jiàn)圖 7。無(wú)集中拋負(fù)載抑制的 EUT，其電路中必須自備拋負(fù)載抑制的功能電路和措施，一般可采用開(kāi)關(guān)器件或晶體管和可控硅組成的保護(hù)電路進(jìn)行分流調(diào)節(jié)的方式，例如雪崩二極管、TVS 管等；也可以采用具有集成電路管理電源或線性穩(wěn)壓的方式。集中拋負(fù)載抑制通常通過(guò)交流發(fā)電機(jī)內(nèi)部鉗位電路實(shí)現(xiàn)，從而吸收脈沖的能量。

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