汽車電子ISO7637-2 脈沖波形研究

李銷，馬齊成，林積涵

（廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院，廣東 廣州 511434）

1 前言

汽車的供電系統(tǒng)由汽車發(fā)電機(jī)和蓄電池構(gòu)成，同時(shí)汽車起動(dòng)機(jī)作為汽車發(fā)動(dòng)的主要部件也是與供電系統(tǒng)相連的。蓄電池在汽車啟動(dòng)時(shí)為起動(dòng)機(jī)提供電力，旋轉(zhuǎn)的起動(dòng)機(jī)拖動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，幫助發(fā)動(dòng)機(jī)正常啟動(dòng)。在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)以后起動(dòng)機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)脫離開(kāi)，并與供電系統(tǒng)脫離。發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)行，并對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，與蓄電池一起對(duì)車上所有的電子電氣模塊供電；當(dāng)汽車引擎不工作時(shí)，由蓄電池對(duì)車上所有的電子電氣模塊供電。汽車供電系統(tǒng)的整個(gè)網(wǎng)絡(luò)都可能產(chǎn)生正常或者異常的關(guān)斷，在實(shí)際測(cè)試中必須考慮到用電設(shè)備的各種可能出現(xiàn)的情況，故需要模擬這些情況，iso7637-2脈沖就是針對(duì)這部分做測(cè)試。

圖1

2 脈沖詳述

2.1 脈沖1

2.1.1 電路等效模型

該脈沖是模擬車上感性負(fù)載（如電動(dòng)座椅馬達(dá)以及車窗和座椅的加熱系統(tǒng)）與電源斷開(kāi)連接時(shí)，與它并聯(lián)的被測(cè)設(shè)備電源端所產(chǎn)生的瞬態(tài)現(xiàn)象。脈沖1 發(fā)生在開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，由于電感需要維持原來(lái)的電流，因此會(huì)對(duì)和其電源端產(chǎn)生較大幅度的負(fù)脈沖波形。脈沖1 在實(shí)際車正常行駛過(guò)程中是不會(huì)出現(xiàn)，在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中滿足等級(jí)C 的要求即可，允許初始化的過(guò)程，記憶功能保持A。

圖2

2.1.2 實(shí)驗(yàn)的基本要求

脈沖1 的主要能量集中在Td=2ms 的主要時(shí)間內(nèi)，且脈沖上升速度快，屬于中等速度和中等能量的脈沖，對(duì)電子模塊會(huì)導(dǎo)致功能干擾導(dǎo)致誤動(dòng)作和器件破壞兩方面的作用。由于是負(fù)脈沖，一般的反接保護(hù)和大電容往往能對(duì)電路進(jìn)行直接的保護(hù)。

圖3

表1

2.2 脈沖2

2.2.1 脈沖2a 電路等效模型

圖3

脈沖2a 是模擬在線束電感的作用下，與模塊并聯(lián)的裝置內(nèi)突然斷開(kāi)所引起的瞬態(tài)現(xiàn)象，它可以是保險(xiǎn)絲熔斷，異常關(guān)斷等，此時(shí)電感需要維持本身的電壓就產(chǎn)生了一個(gè)幅度較高的正脈沖電壓給到DUT。這個(gè)脈沖也存在于正常工作條件下，如空調(diào)和車窗等，因此需要模塊在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中仍舊處在正常工作狀態(tài)，所以工作要求等級(jí)A。

2.2.2 脈沖2a 波形參數(shù)

由于線束的電感量較小，所以該脈沖的幅度不高、前沿較快、寬度較小和內(nèi)阻較小。在整ISO7637-2 標(biāo)準(zhǔn)里屬于速度偏快和能量較小的脈沖干擾。脈沖2a 的上升時(shí)間為1us，持續(xù)時(shí)間為0.05ms，由于內(nèi)阻較小為2Ω，可產(chǎn)生的電流較大。它屬于速度偏快、能量較小的脈沖干擾，對(duì)器件有一定的破壞作用。

圖4

2.3 脈沖2b

2.3.1 脈沖2b 電路等效模型

脈沖2b 是感性電動(dòng)機(jī)充電發(fā)電機(jī)在正常運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，點(diǎn)火開(kāi)關(guān)突然斷開(kāi)，產(chǎn)生的負(fù)向脈沖的瞬態(tài)現(xiàn)象。

圖5

2.3.2 脈沖2b 波形參數(shù)

圖6

這是一個(gè)電壓不高、前沿較緩、寬度很大和內(nèi)阻很小的脈沖。在整個(gè)ISO7637-2 標(biāo)準(zhǔn)里屬于低速和高能量的脈沖干擾，著重考核對(duì)設(shè)備的破壞性。P2b 脈沖的這個(gè)作用與P5 有點(diǎn)相似，但電壓較低，脈沖更寬。

2.4 脈沖3

2.4.1 電路等效模型

脈沖3 分為負(fù)脈沖3a 和正脈沖3b。在車內(nèi)繼電器、固態(tài)開(kāi)關(guān)和汽車本身開(kāi)關(guān)閉合的過(guò)程中，由于線束的分布電容和分布電感的影響，使得電源端會(huì)產(chǎn)生大量的浪涌脈沖。脈沖3 是疊加在整車電壓下的瞬態(tài)脈沖，因此對(duì)于此脈沖來(lái)說(shuō)，模塊仍舊需要正常工作。脈沖3a 和3b 在行車過(guò)程是經(jīng)常出現(xiàn)的，所以，需要保證滿足等級(jí)A 的要求。

圖7

2.4.2 波形參數(shù)

由于線束分布電容和電感的值通常都很小，持續(xù)時(shí)間為100us，上升時(shí)間為5ns。它是一系列高速、低能量的小脈沖，通常會(huì)引起模塊內(nèi)部的邏輯功能產(chǎn)生誤動(dòng)作。

脈沖3a 的波形參數(shù)如下圖：

圖8

脈沖3b 的波形參數(shù)如下圖：

圖9

2.5 脈沖4

2.5.1 電路等效模型

脈沖4 是模擬汽車啟動(dòng)或大負(fù)載電路通電時(shí)，由于電流需求很大（可以達(dá)到100A 以上），使得整個(gè)電池電壓降低。此類脈沖在汽車發(fā)動(dòng)點(diǎn)火的過(guò)程中會(huì)發(fā)現(xiàn)，行車過(guò)程不會(huì)出現(xiàn)，所以一般要求等級(jí)C，允許樣機(jī)重新初始化。

圖10

2.5.2 波形參數(shù)

脈沖4 主要驗(yàn)證當(dāng)負(fù)載通電時(shí)需求一個(gè)很大的電流，產(chǎn)生很大的電壓跌落，判斷該過(guò)程中可能產(chǎn)生誤動(dòng)作情況。DUT 內(nèi)部MCU 有可能會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失和程序紊亂。這種波形出現(xiàn)的現(xiàn)實(shí)情況是：在啟動(dòng)引擎時(shí)，特別是在寒冷的天氣、電池沒(méi)有充滿的情況下，機(jī)油變的非常粘稠，引擎需要提供更大的動(dòng)力才能開(kāi)啟。因此，啟動(dòng)過(guò)程中需要電池提供更大的電流，較大的電流負(fù)載會(huì)導(dǎo)致電源電壓產(chǎn)生較大的跌落脈沖。

圖11

2.6 脈沖5

2.6.1 電路等效模型

脈沖5 是模擬拋負(fù)載瞬態(tài)現(xiàn)象。當(dāng)交流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)充當(dāng)放電機(jī)給電池及其他電子負(fù)載供電時(shí)，電池突然斷開(kāi)，即相當(dāng)發(fā)電機(jī)負(fù)載突然變小，但發(fā)電機(jī)功率輸出依舊（需反應(yīng)時(shí)間）為電池未斷開(kāi)時(shí)的功率，多余的電池功率需要其他負(fù)載分擔(dān)，即產(chǎn)生了脈沖5 波形。 此類脈沖會(huì)出現(xiàn)在車上電池螺絲沒(méi)有鎖緊的情況，實(shí)車一般要求滿足等級(jí)C。拋負(fù)載的幅度取決于斷開(kāi)電池連接時(shí)，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁場(chǎng)強(qiáng)的大小。拋負(fù)載脈沖寬度主要取決于勵(lì)磁電路的時(shí)間常數(shù)和脈沖幅度。大多數(shù)新型交流發(fā)電機(jī)內(nèi)部，拋負(fù)載幅度由于增加了限幅二極管而受到抑制（鉗位）。受到鉗位后而產(chǎn)生的脈沖波形稱之為脈沖5b。

圖12

該波形會(huì)比脈沖5a 的能量小很多。

2.6.2 波形參數(shù)

圖13

脈沖5 屬于能量比較大的脈沖，除了考驗(yàn)電子模塊在浪涌脈沖的作用下的抗干擾能力外，事實(shí)上很大程度也對(duì)內(nèi)部的器件構(gòu)成了很大的威脅。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文詳細(xì)介紹了ISO7637-2 的各種脈沖波形形成機(jī)理的等效模型及波形參數(shù)，同時(shí)也列舉了一些更貼近汽車實(shí)際使用情況下出現(xiàn)與該脈沖相關(guān)的情況，為廣大ISO7637-2 脈沖實(shí)驗(yàn)者或者方案整改提供一些理論依據(jù)。