楊英振 趙光亮 史家濤 劉棟 孫博

摘要： 隨著現代汽車工業(yè)發(fā)展，大量的車載電子設備已經廣泛應用于汽車電子中，例如車載導航系統(tǒng)、動力控制系統(tǒng)、安全防護系統(tǒng)等。各類型的車載電子設備需要有穩(wěn)健的供電系統(tǒng)方可穩(wěn)定工作，相互配合。其中，車載電氣環(huán)境中沿電源線的傳導騷擾是造成車載電子設備失效的關鍵因素，ISO7637-2標準中則規(guī)定了車載電子設備沿電源線傳導和耦合引起的電瞬態(tài)騷擾的測試方法，關注車載電子設備傳導抗擾度問題。本文研究ISO7637-2的各類脈沖模型以及產生機理。

Abstract： The development of the modern automobile industry has made a large number of on-board electronic equipment widely used in automotive electronic， such as on-board navigation systems， power control systems， safety protection systems， etc. Various types of in-vehicle electronic equipment work stably and cooperate with each other， requiring a stable power supply system. Among them， the conduction disturbance along the power line in the vehicle electrical environment is the key factor that causes the failure of the vehicle electronic equipment. The ISO7637-2 standard specifies the test method for the electrical transient disturbance caused by the conduction and coupling of the vehicle electronic equipment along the power line. Pay attention to the conduction immunity of vehicle electronic equipment. This article mainly studies the various pulse models and generation mechanisms of ISO7637-2.

關鍵詞： 供電系統(tǒng);ISO7637-2;脈沖

Key words： power supply system;ISO7637-2;pulse

中圖分類號：TM314.2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2022）03-0041-04

0 ?引言

車載電子設備的供電系統(tǒng)和普通工業(yè)電源系統(tǒng)復雜，汽車電子內部的電磁環(huán)境較為惡劣，工作時會產生大量的電磁輻射，且頻譜很寬，甚至達幾十GHz，并通過傳導以及輻射的方法，耦合到設備供電系統(tǒng)內，導致大量的車載電子設備工作失效。其中，沿電源線的瞬變傳導騷擾是引起車載設備失效最主要的原因，影響范圍也是最大的。

ISO7637系列標準分為三個部分。第1部分：定義和一般描述;第2部分：沿電源線的電瞬態(tài)傳導;第3部分：沿電源線外的導線通過容性和感性耦合的電瞬態(tài)發(fā)射。ISO7637-2主要研究道路車輛通過傳導和耦合引起的電干擾理論和方法，提出了沿電源線的電瞬態(tài)傳導及測試方法，主要應用在12V/24V的電氣系統(tǒng)車輛。

本文主要闡述ISO7637-2中的5種電源測試抗擾度產生機理，逐一分析測試波形和防護方法。

1 ?測試脈沖參數

1.1 測試脈沖1

測試脈沖1主要適用于各種電子設備在汽車上使用時，與感性負載保持直接并聯(lián)供電的情況，用于模擬電源與感性負載瞬間斷開時所產生的浪涌現象。當圖1所示開關發(fā)生斷開時，感性負載需要維持原來的電流流動及續(xù)流，因此會對蓄電池零部件產生較大幅度的負脈沖干擾。測試脈沖1的電路等效模型及脈沖見圖1所示。

P1脈沖中的設備內阻較大（10～50Ω）、電壓很高（幾十伏至幾百伏）、上升沿較快（微秒級）和周期較大（毫秒級）的負脈沖。在ISO7637-2標準中屬于中等速度和中等能量的脈沖干擾，被測試設備較易產生誤動作以及會對元器件損傷兩方面的作用。表1為測試脈沖1參數。

由于是負脈沖，一般的反接保護和大電容能夠對電子設備進行直接的保護。

1.2 測試脈沖2a

測試脈沖2a主要適用于負載突然中斷后，感性設備仍需要維持原來的電流的情況，用于模擬線束電感下，與電子設備并聯(lián)的裝置內突然斷開所引起的瞬態(tài)現象。該測試中感性設備就會產生一個幅度較高的正脈沖電壓傳導到電子設備DUT。測試脈沖2a的電路等效模型及脈沖見圖2所示。

P2a中汽車電子線束的電感量較小，脈沖的幅度不高，上升沿較快、周期較小和內阻較小。在ISO7637-2測試脈沖中中屬于能力較小和速度偏快的脈沖干擾。和P1脈沖較為一致，但屬于正脈沖。表2為測試脈沖2a參數。

1.3 測試脈沖2b

測試脈沖2b模擬直流電機充當發(fā)電機，在點火開關斷開時，直流電機充當發(fā)電機，對其并聯(lián)的被測試設備產生的負向脈沖的浪涌現象。當點火開關T15斷開，電機和被測試設備的電壓開始降低，電機在慣性的作用下繼續(xù)運轉，此時變?yōu)榘l(fā)電機，繼續(xù)給被測試設備供電，產生對被測試設備的脈沖干擾。

測試脈沖2b的電路等效模型及脈沖見圖3所示。

P2b電壓不高（大體和系統(tǒng)的電源電壓相當）、前沿較緩（毫秒級）、寬度很大（達到秒級）和內阻很小的脈沖，屬于低速和高能量的脈沖干擾。表3為測試脈沖2b參數。

1.4 測試脈沖3a/3b

P3a和3b模擬開關過程中由于線束的分布電感和分布電容的影響而引起的瞬態(tài)現象。3a，3b屬于高速、低能量的小脈沖群，易引起數字開關電路的誤動作。測試脈沖3a/3b的電路等效模型及脈沖見圖4所示。測試脈沖3a/3b參數見表4和表5。

1.5 測試脈沖4

測試脈沖P4模擬發(fā)動機啟動時，起動機工作對蓄電池電源電壓的降低。該波形已從ISO7637-2中移除，放入ISO16750-2電氣負荷中，不過仍在本文的討論范圍。

當蓄電池有非常大的能量需求或起動機工作時，負載對電流的需求非常大，會對系統(tǒng)的供電產生非常大的影響，從而致使系統(tǒng)電壓跌落。

這種現象在寒冷的冬天，尤其是我們的東北，現象極為明顯，電壓跌落也會非常大。在試驗標準中會依據各地的溫度情況自定義各電壓參數，表6中僅列出較常見的電氣參數。

1.6 測試脈沖5a/5b

測試脈沖5為在車輛控制系統(tǒng)中，汽車電子產品，例如電子控制單元、傳感器、執(zhí)行器尤其是大電流負載等都連在同一條線上，蓄電池和發(fā)電機同為蓄電池，向汽車電子供電。測試脈沖5a（拋負載現象）是蓄電池處于電力缺乏狀態(tài)，發(fā)電機正在給蓄電池以非常大的電流充電，此時蓄電池電源線突然斷開。這一充電過程中，被測試設備將承受非常高的浪涌電壓，其中電壓幅值取決于蓄電池的充電電流大小、充電電壓大小、線纜長度和發(fā)電機內二極管的限幅大小。且發(fā)電機勵磁線圈中的參數決定了產生脈沖電壓的寬度。如果被測試設備電源輸入部分沒有設計保護電路，等效為測試脈沖P5a，當拋負載發(fā)生時，電源輸入部分很有可能被高浪涌電壓損壞。測試脈沖5a/5b的電路等效模型及脈沖波形見圖5。

拋負載可能產生的原因是：因電纜老舊、接觸不好以及發(fā)動機正在運轉時，突然斷開與電池的連接。（如保險絲熔斷、修理斷開蓄電池等）。

P5a測試脈沖的幅度較高（200V，甚至更高），沖擊能量大（寬度幾百毫秒），內阻較低（根據發(fā)電機的類型而定），所以在傳導抗擾度中，P5a屬于破壞性極高的脈沖。需要專門抗浪涌進行防護。

P5b為發(fā)電機內置了鉗位二極管，對最高電壓進行鉗位，對電子設備的沖擊則相對較小，較易防護。

2 ?測試設備參數描述

針對這5類測試脈沖波形電壓幅值、寬度、時間等特性參數，可分為三種測試設備。

設備1為瞬變脈沖干擾模擬器，將電快速瞬變脈沖干擾波形P3a/3b、P1、P2a脈沖模塊和耦合網絡集成在同一臺設備中。該干擾模擬器能夠滿足各類型國際標準和全球大多數汽車制造商的標準要求，并且可由用戶需要定制各種波形模擬發(fā)生器。根據型號的不同，內置耦合網絡的最大電流可達到100A。其更高的脈沖電壓、頻率，可以自動設定上升、下降，用于尋找被測品的敏感點，已超出標準的要求。

設備2為拋負載模擬器，主要模擬交流發(fā)電機正在向電池輸入電流的過程當中，蓄電池與交流發(fā)電機突然斷開連接（例如：老舊造成的斷開）的情況下產生的拋負載高能量脈沖，。模擬脈沖P5a和具有鉗位電壓脈沖P5b這種高能量脈沖，持續(xù)時間數百毫秒。該系列模擬器所產生的拋負載脈沖可滿足ISO 7637測試標準中的各類參數，還可以產生SAE J1113、SAE J1455、JASO以及其他汽車廠家標準例如克萊斯勒、福特、尼桑、通用、大眾等。

設備3可作為電池供電模擬和直流電壓源使用。在實驗室測試時，該設備可替換車輛蓄電池。P2b、P4、正弦波噪聲和其它復雜電壓變化模擬測試都可以由該系列模擬器來實現。該系列可以模擬符合國際標準和眾多汽車廠家標準要求的各類型供電波形。作為強大的直流供電設備，在瞬變脈沖測試中對被試設備供電，滿足全部三種供電電壓類型。且同時也能滿足符合國際標準和眾多汽車廠家標準要求的多種電池供電波形模擬測試。

3 ?總結

電源線上面的瞬態(tài)浪涌主要來源于電感的能量釋放，前置動作是開關的閉合或打開。電感可能是來源于感性的負載、線路雜散電感等。很多人覺得這個很神秘，其實這個電感，是真實存在電路中的。對于這些常見的浪涌，電子工程師在實踐中逐漸總結出幾種比較有代表性的浪涌波形，形成了一整套測試或驗證的標準，即為ISO7637-2。

本文講解了車載電子沿電源線的傳導騷擾ISO7637-2中各類脈沖波形形成機理的電路等效模型、脈沖波形以及相關相關防護方法，最后本文介紹了這5類測試脈沖測試所使用的測試設備以及工作原理等。

參考文獻：

[1]莊奕琪.電子設計可靠性工程[M].陜西：西安電子科技大學出版社，2014.

[2]黃智偉.全國大學生電子設計競賽技能訓練[M].北京：北京航空航天大學出版社，2011.

[3]孫青，莊奕琪，王錫吉，等.電子元器件可靠性工程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2002.

[4]陸廷孝.可靠性設計與分析[M].北京：國防工業(yè)出版社，2011.

[5]朱玉龍.汽車電子硬件設計[M].北京：北京航空航天大學出版社，2011.

[6]鄭軍奇.EMC電磁兼容設計與測試案例分析[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.

[7]姚亞夫，周海軍.汽車拋負載電壓的理論與試驗研究[J].汽車工程，2002（05）.

[8]嚴偉.汽車電子芯片EMC測試標準研究[J].安全與電磁兼容，2012（02）.

[9]方文潮.汽車電子測試系統(tǒng)電騷擾脈沖的闡述及校準[J].電子質量，2010（12）.

[10]趙志剛.車用發(fā)電機拋負載的保護設計[J].汽車電器，2013（10）.

[11]候磊，范旭紅，杜長虹，陸焦，邱單丹，劉太剛，肖賀平.多合一電驅動系統(tǒng)的結構原理及CAE仿真分析[J].微特電機，2019，47（10）：1-5，10.