汽车安全很关键,设计要从小处着眼

2017-04-17 14:05:52 来源:电子产品世界
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不论在引擎盖下还是在驾驶室中,如今的先进芯片组对汽车固有恶劣环境中常见的电气危险格外敏感。为了保护 汽车电子设备免受破坏性影响,工程师们必须高度重视电气 瞬态(如抛负载)的主要来源——交流发电机。安全是汽车设计的首要考虑。对消费者来说,汽车是 一笔不菲的投入,所以必须保护好它们。最重要的是,汽 车出现安全问题,人便命悬一线。正因为如此,汽车厂家不惜采用气囊、稳定控制和胎压监测等各种安全技术。但设计的安全性远远胜过这些外在保护系统。对于汽车电子设备来 说,不论大小,安全都是设计考量的核心。

 

图1  实施抛负载保护的电路

   

图2  压敏电阻为直流电压较低的汽车应用提供了高浪涌电流电路保



新型乘用车装备的电子设备越来越多。而我们仍然处 在汽车设计巨大转变的起点:车载信息娱乐系统和车联网的 出现将在未来五年使得汽车上采用的微处理器数量翻番。这 自然会导致对电子设备保护方案需求的增大,尤其是在汽车 那样的恶劣环境中。各种汽车电子设备,从内置显示到最新 的联网技术,都容易成为各种险情的攻击对象,如开关负载 或瞬态电压浪涌、静电放电和产生极端高压的其他事件。
现代汽车设计中,所有车载电子设备都要连接电池和 交流发电机。交流发电机是电气瞬态的主要来源,其中最 糟的是抛负载。这种情况发生在电池已经断开而交流发电机 正在发电、其他负载还在交流发电机环路上时。如果置之不 理,电气尖峰和瞬态将沿着电线传递,导致个别电子设备和 传感器故障,或永久损坏汽车的电子系统。当然,抛负载失控还会威胁车辆本身的安全性和可靠性。



1 如何设计完善的抛负载保护
电路保护器件,包括瞬态电压抑制(TVS)二极管和压敏 电阻,都是对敏感电子设备提供抛负载保护的有效手段。选 择TVS二极管不仅因为它们是响应时间快(钳位电压低)、漏 电电流小的硅雪崩器件,还因为它们没有固有磨损系数。变阻器一般作为瞬态浪涌保护的前线方案使用。实例包括保护小型电子设备的超小型表面贴装多层压敏电阻(MLV)器件和 保护小型机械设备、电源和组件的传统金属氧化物压敏电阻 (MOV)。
大多数现代交流发电机中,通过在扰动源上添加限流 TVS二极管抑制或钳制抛负载幅度。瞬态扰动应该内部抑制 或在扰动源端子上用抑制器件(TVS二极管)抑制。作为一种 最佳实践,设计人员应该将TVS二极管尽可能靠近扰动源。 图1为实施抛负载保护的电路,标明了TVS二极管的设计位 置。



2 二极管要通过AEC-Q101认证
汽车电子委员会(AEC)组件技术小组和其他监管组织制 订了严格的指导方针,厂家在设计、生产和测试整车及组件 时必须遵循这些方针。汽车行业使用的保护器件必须对瞬态 环境足够鲁棒,还能钳位到足以保护集成电路的较低(电压)


图3   MOV对汽车子系统供交流发电机瞬态保护


水平。选择针对汽车应用的TVS二极管时,工程师应查找通 过AEC-Q101认证的产品,该产品适合高可靠性应用并具有 适合汽车应用的峰值脉冲功率耗散额定值。应考虑用具有 高峰值脉冲功率耗散额定值(如5,000W (10/1000µs)或2,200W (10ms x 150ms))的TVS二极管为敏感电子系统提供甩负荷和 其他浪涌事件引起的瞬态电压保护。选择通过AEC-Q101认 证的产品将保证它们兼容很多高温汽车应用。

 

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