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汽车电子电路安全隐患解决方案

来源:
2018-03-09
类别:汽车电子
eye 456
文章创建人 拍明

  安全性在汽车设计中至关重要。汽车价格昂贵,所以保护车主的财产安全是很有必要的。最重要的是,如果汽车的安全性有问题,那么人们的生命也将处于危险之中。这就是为什么现代汽车制造商融合了各种安全保护功能,包括安全气囊,稳定性控制和胎压监测等。但是对于设计安全性的考虑,远远超越了这些明显存在的保护系统。对于汽车内的任何电子设备来说,无论大小如何,安全性都是设计考虑的重要因素。

  无论是在引擎盖下还是在驾驶室内,当今先进的芯片组都非常容易受到苛刻的汽车环境中常见的众多电气危害的影响。典型的汽车电气危险或瞬变包括电力电子电路中的雷电,静电放电(ESD)和开关负载等。

  负载突降带来的问题

  在现代汽车设计中,所有车载电子装置都连接到了电池和交流发电机上。交流发电机是电压瞬变的主要来源,其中最严重的就是负载的突变。当交流发电机发电并且其他负载留在交流发电机电路上时,放电的电池断开也会发生这种情况。如果放在一起,电力尖峰和瞬变会沿着电力线传输,将导致单个电子设备/传感器故障或车辆电子系统永久性损坏。当然,不受控制的降负载会威胁车辆的安全性和可靠性。

  汽车负载突降保护

  包括瞬态电压抑制(TVS)二极管和压敏电阻在内的电路保护器件是保护敏感电子器件免受降负载影响的最佳方式。TVS二极管的选择是依靠硅雪崩器件的快速响应时间(低钳位电压)和低漏电流的优点,而且因为它们没有固有的损耗因数。压敏电阻通常用作瞬态浪涌保护的前端解决方案。例如,超小型表面贴装多层压敏电阻(MLV)器件用于保护小型电子设备和传统的中档金属氧化物压敏电阻(MOV)用于保护小型机器,电源以及元件。

  在大多数现代交流发电机中,通过在干扰源处添加限制性TVS二极管,使负载突降振幅被抑制或限制。应通过抑制(TVS二极管)器件在内部或源端抑制干扰瞬变。作为最佳做法,设计人员应尽可能将TVS二极管靠近源极。

       一、TVS二极管的位置以及受到保护的电路。用于防止交流发电机瞬变的其他电路保护解决方案,涉及使用符合AEC-Q200标准的MOV。

  •二、一个AUMOV压敏电阻可以连接Y形或者三角形配置,与交流发电机的绕组线圈连接,来钳位瞬变。

  •三、使用AUMOV压敏电阻保护汽车子系统(如安全气囊,动力总成,气压控制)。 将其用作瞬态浪涌的分流器,以保护直流电源线不受浪涌影响

  •四、为了防止汽车继电器浪涌,使用AUMOV压敏电阻来吸收由继电器磁场释放的能量产生的电弧能量。

       【压敏电阻

  “压敏电阻"是一种具有非线性伏安特性的电阻器件,主要用于在电路承受过压时进行电压钳位,吸收多余的电流以保护敏感器件。英文名称叫“Voltage Dependent Resistor”简写为“VDR”, 或者叫做“Varistor"。压敏电阻器的电阻体材料是半导体,所以它是半导体电阻器的一个品种。现在大量使用的"氧化锌"(ZnO)压敏电阻器,它的主体材料有二价元素锌(Zn)和六价元素氧(O)所构成。所以从材料的角度来看,氧化锌压敏电阻器是一种“Ⅱ-Ⅵ族氧化物半导体”。 在中国台湾,压敏电阻器称为"突波吸收器",有时也称为“电冲击(浪涌)抑制器(吸收器)”。

  压敏电阻是一种限压型保护器件。利用压敏电阻的非线性特性,当过电压出现在压敏电阻的两极间,压敏电阻可以将电压钳位到一个相对固定的电压值,从而实现对后级电路的保护。压敏电阻的主要参数有:压敏电压、通流容量、结电容、响应时间等。

  压敏电阻的响应时间为ns级,比气体放电管快,比TVS管稍慢一些,一般情况下用于电子电路的过电压保护其响应速度可以满足要求。压敏电阻的结电容一般在几百到几千Pf的数量级范围,很多情况下不宜直接应用在高频信号线路的保护中,应用在交流电路的保护中时,因为其结电容较大会增加漏电流,在设计防护电路时需要充分考虑。压敏电阻的通流容量较大,但比气体放电管小。压敏电阻器简称VDR,是一种对电压敏感的非线性过电压保护半导体元件。

  l 当加在压敏电阻上的电压低于它的阈值时,流过它的电流极小,它相当于一个阻值无穷大的电阻。也就是说,当加在它上面的电压低于其阈值时,它相当于一个断开状态的开关 。

  l 当加在压敏电阻上的电压超过它的阈值时,流过它的电流激增,它相当于阻值无穷小的电阻。也就是说,当加在它上面的电压高于其阈值时,它相当于一个闭合状态的开关

  选用压敏电阻器前,应先了解以下相关技术参数:标称电压是指在规定的温度和直流电流下,压敏电阻器两端的电压值 。漏电流是指在25℃条件下,当施加最大连续直流电压时,压敏电阻器中流过的电流值。等级电压是指压敏电阻中通过8/20等级电流脉冲时在其两端呈现的电压峰值 。通流量是表示施加规定的脉冲电流(8/20μs)波形时的峰值电流。浪涌环境参数包括最大浪涌电流Ipm(或最大浪涌电压Vpm和浪涌源阻抗Zo)、浪涌脉冲宽度Tt、相邻两次浪涌的最小时间间隔Tm以及在压敏电阻器的预定工作寿命期内,浪涌脉冲的总次数N等。

  一般地说,压敏电阻器常常与被保护器件或装置并联使用,在正常情况下,压敏电阻器两端的直流或交流电压应低于标称电压,即使在电源波动情况最坏时,也不应高于额定值中选择的最大连续工作电压,该最大连续工作电压值所对应的标称电压值即为选用值。对于过压保护方面的应用,压敏电压值应大于实际电路的电压值,一般应使用下式进行选择:VmA=av/bc式中:

  a为电路电压波动系数;v为电路直流工作电压(交流时为有效值);b为压敏电压误差;c为元件的老化系数,;这样计算得到的VmA实际数值是直流工作电压的1.5倍,在交流状态下还要考虑峰值,因此计算结果应扩大1.414倍 。

  另外,选用时还必须注意:

  (1)必须保证在电压波动最大时,连续工作电压也不会超过最大允许值,否则将缩短压敏电阻的使用寿命;

  (2)在电源线与大地间使用压敏电阻时,有时由于接地不良而使线与地之间电压上升,所以通常采用比线与线间使用场合更高标称电压的压敏电阻器 。

  压敏电阻所吸收的浪涌电流应小于产品的最大通流量。


责任编辑:Davia

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