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为大功率和混合动力汽车优化的Vishay 负载突降保护器件 汽车生产状况及预测 全球轻型汽车产量——百万辆 42 V 系统(包括中型混合动力汽车)——轻型汽车总数百分比 混合动力汽车 汽车负载突降保护的重要性 今天，汽车中并联在供电线路上的许多电子控制器和设备与三、四十年前生产的汽车有了很 大的不同。那时汽车中的唯一的电子设备就是汽车收音机。今天，一辆汽车中配备了若干电 子设备，其中一些是与安全驾驶有关的，而这些电子设备的故障会引起汽车操作严重的麻烦。 负载突降保护电路和器件的比较 有几种类型的电路或器件可应用于负载突降保护，而且一些器件的制造商可以使之满足负载 突降保护功能的需要。典型的瞬态电压保护可以划分为如图3 所示的三种操作类型。 分流型是检测输入电压和接通跨电力线对地的器件。用于分流调节的开关器件或保护电路是 晶体管和可控硅。雪崩击穿二极管、齐纳二极管、可控硅型TVS 和MOV 是这种保护类型的 自触发器件。其优势在于简单的结构，而不利则是要求开关器件具有大功率能力。当负载出 现故障或电气短路时，通常可以使用自恢复截止开关进行大电流保护。某些电源管理 IC 集 成了这个功能，以便为客户提供简单的设计并节省空间。其优势在于保护器件不需要处理大 电流，因此可以减小空间，而缺点是在负载突降状态下开关截止功率期间，需要大存储电容 器为负载提供能量。 线性稳压器型在控制供电方面具有良好的特性，缺点是需要大功率晶体管来消除输出电压之 间的电压差异和器件本身的高浪涌电压。在抑制模型下，负载突降状态下的自恢复截止和线 性稳压器具有高阻抗，而这种高能量会流向连接电子或电力设备的保护最差的器件。这就是 通用设计拓扑结构的负载突降保护采用分流型的原因。利用Crow bar 和箝位型等操作特性 可以将分流型保护电路划分为两组。当器件处于导通状态时，Crow bar 操作类似于电气短路， 不适用于汽车的保护。 汽车电子系统常见的保护方法是将高电压值箝制到器件或电路的设定电压，而 Vishay 通用 半导体有各种额定功率的用于负载突降保护的产品系列。用于负载突降保护的流行器件是 “雪崩击穿二极管” 、“齐纳二极管”和“金属氧化物变阻器” 。 金属氧化物变阻器类似于陶瓷电容器，其基本结构是合成氧化锌（ZnO ）化合物，它具有双 向击穿特性，可以无方向保护反向输入。在结构方面，多层和多路（multi pass）结构的MOV 在响应高能瞬变方面存在一定的时延。同时，处于连续瞬变下的MOV 微粒的疲劳会导致箝 位电压和浪涌能力下降（参见脚注）。 齐纳二极管类似于雪崩击穿二极管，由于具有比雪崩击穿二极管更低的浪涌功率能力，其主 要应用是调节而不是防止高能量瞬变。Vishay 通用半导体的雪崩击穿二极管型负载突降系 列，适用于各种负载突降仿真测试的高能瞬变，以及快速响应和高可靠性的实际应用。 汽车电子，如电子控制单元、传感器和娱乐系统，都是连接在一根电力线上。这些电子产品 的功率来源是电池和发电机，两者的输出电压都不稳定，会受到温度、操作状态和其他条件 的影响。此外，由于这些系统使用了螺线管负载，如燃料喷射、气门、发动机、电气和水解 控制器，ESD、尖峰噪声和各种瞬变及浪涌电压都会进入电源及汽车系统的信号线。 什么是负载突降？ 在引擎运行过程中断开电池时，要由发电机向汽车的电力线提供电流，就会出现最糟糕的浪 涌电压情况。这种情况就是“负载突降” ，大多数汽车制造商和行业协会都为这种负载突降情 况规定了一个最高的电压、线路电阻和持续时间，如图A-2 所示。这种情况的两个著名的测 试仿真是：用于14 V 传动系统的美国的ISO-7637-2 Pulse 5 和日本的JASO A-1，以及用于27 V 传动系统的JASO D-1。在本节中，我们将讨论14 V 传动系统负载突降的TVS 应用。 如图A-3 所示，Vishay 的大功率硅TransZorb® TVS 可用来防止易受攻击的电路受到电气过应 力的影响，以确保高可靠性。至于初级保护，TVS 可以吸收负突降条件下的高能量。| I）负载突降测试的规范和结果 表1 是用于14 V 传动系统的美国的ISO-7637-2 Pulse 5 和日本的JASO A-1 测试的仿真。两项 测试的电压波形如图A-4a 所示。 对ISO-7637-2 测试条件来说，标准条件为65 V 至87 V 的VS 范围，Ri （线路电阻）的范围为 0.5 Ω 至4 Ω 。一些汽车制造商为基于ISO-7637-2 Pulse 5 的负载突降测试规定