引言：在汽車應(yīng)用中，拋負(fù)載是現(xiàn)代電子中最大的瞬態(tài)脈沖之一，這種由國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)16750-脈沖A和B定義的低阻抗脈沖對(duì)IC來(lái)說(shuō)可能是毀滅性的，因?yàn)殡妷嚎梢栽诮醢朊雰?nèi)上升到120V。

當(dāng)輸送電流的發(fā)電機(jī)突然與系統(tǒng)斷開連接時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)這些瞬態(tài)脈沖，防護(hù)電路箝位未抑制的波形，大多數(shù)有能力承受拋負(fù)載的電子器件在受抑制后的脈沖沖擊下可以保持完好，本節(jié)將探討拋負(fù)載瞬態(tài)脈沖的細(xì)節(jié)、其原因以及設(shè)備如何能夠在拋負(fù)載中安然無(wú)恙。

1. 拋負(fù)載的原因

在汽車中，交流發(fā)電機(jī)為電池充電，并在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)為車輛的電子設(shè)備供電。交流發(fā)電機(jī)反映了電感器的基本特性，當(dāng)電感器被皮帶旋轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)換為電流，圖12-1顯示了蓄電池與交流發(fā)電機(jī)和車輛其他負(fù)載的并聯(lián)連接。

圖12-1：與蓄電池和負(fù)載相連的交流發(fā)電機(jī)

在圖12-1中，電池充當(dāng)一個(gè)大電容器，將電壓保持在穩(wěn)定的13.5V。但是如果汽車電池與線路斷開，那么交流發(fā)電機(jī)的電感特性會(huì)在車輛的電源線上產(chǎn)生非常大的電壓尖峰，可能需要半秒的時(shí)間才能消散，見
圖12-2 ，ISO-16750將該瞬態(tài)脈沖定義為拋負(fù)載脈沖。

圖12-2：蓄電池與汽車系統(tǒng)斷開連接

由于發(fā)動(dòng)機(jī)接通時(shí)交流發(fā)電機(jī)始終接通，因此車輛很有可能出現(xiàn)這種蓄電池?cái)嚅_的情況。

2. ISO 16750-2

關(guān)于拋負(fù)載瞬態(tài)的電壓分布，以及它對(duì)系統(tǒng)構(gòu)成的危險(xiǎn)，ISO-16750-2(2012)汽車標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)了幾種不同的電池不連續(xù)性，如冷起動(dòng)和拋負(fù)載。該標(biāo)準(zhǔn)還涵蓋了電源電壓、接地參考和電源偏移的瞬時(shí)下降，以及開路和短路負(fù)載條件。

脈沖A(未抑制)

圖12-3顯示了拋負(fù)載脈沖的波形，同時(shí)定義了交流發(fā)電機(jī)可以達(dá)到的電壓水平以及電壓消散所需的時(shí)間。

圖12-3：拋負(fù)載測(cè)試未抑制的電壓波形

表12-1列出了圖12-3的值。

表12-1：拋負(fù)載測(cè)試A未抑制的參數(shù)

12-V和24-V汽車系統(tǒng)之間的要求存在很大差異，拋負(fù)載脈沖對(duì)工程師來(lái)說(shuō)是一個(gè)嚴(yán)峻的問(wèn)題，因?yàn)榇蠖鄶?shù)器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)將在電壓達(dá)到ISO-16750-2規(guī)定的最大水平之前發(fā)生故障，下式計(jì)算了IC能夠承受交流發(fā)電機(jī)的最大電流：

IC內(nèi)通常有一個(gè)小的箝位或靜電放電(ESD)結(jié)構(gòu)，但無(wú)法承受400ms的這種電流水平，由于脈沖能量如此之高，車輛制造商通常會(huì)設(shè)計(jì)一個(gè)集中電路，將脈沖箝位到更加安全的電壓。

脈沖B(抑制)

由于A脈沖測(cè)試能量極高且難以消散，因此大多數(shù)車輛都有一個(gè)與交流發(fā)電機(jī)和蓄電池并聯(lián)的抑制電路，可將電壓箝位在壓力較小的水平，這意味著內(nèi)部電路從圖12-2變?yōu)?br /> 圖12-4 。

圖12-4：連接到電池、負(fù)載和中央夾具的交流發(fā)電機(jī)

該箝位電路將消耗交流發(fā)電機(jī)的多余能量，并將電壓保持在圖12-5中脈沖中定義的水平，表12-2顯示了后續(xù)值。

圖12-5：拋負(fù)載測(cè)試B抑制的電壓波形

表12-2：拋負(fù)載測(cè)試B抑制的參數(shù)

大多數(shù)車輛都需要所有連接電池的IC來(lái)承受抑制的拋負(fù)載。

3.拋負(fù)載沖擊

拋負(fù)載脈沖具有高能量，需要高功率耗散箝位來(lái)抑制脈沖，為了避免這種高損耗，電源開關(guān)組合需要更高的電壓容限，而不是試圖耗散整個(gè)脈沖，這意味著連接到電源線的IC將簡(jiǎn)單地允許脈沖發(fā)生而不被損壞。

在智能高側(cè)開關(guān)中，可接受的最大電壓為40V至45V，具體取決于開關(guān)，在抑制拋負(fù)載事件期間，瞬態(tài)發(fā)生時(shí)不會(huì)斷開開關(guān)，因?yàn)樗陀谠O(shè)備的最大額定值。類似地，對(duì)于理想二極管控制器系列，即使FET沒有集成，它仍然可以在抑制拋負(fù)載期間承受高瞬態(tài)沖擊，只要主FET的額定電壓足夠高，能夠承受抑制的拋負(fù)載，系統(tǒng)就不會(huì)受到損壞。

4.小結(jié)

汽車交流發(fā)電機(jī)在正常工作期間有助于為電池充電，但由于其電感性質(zhì)，如果電池?cái)嚅_，電源線上的電壓可能會(huì)飆升，該瞬態(tài)在ISO-16750-2中表示，并以抑制脈沖和非抑制脈沖為特征。這兩個(gè)脈沖幾乎相同，其中一個(gè)脈沖具有中心箝位，以耗散大部分能量并降低IC必須承受的電壓。智能高側(cè)開關(guān)產(chǎn)品組合可以承受這些瞬態(tài)，可用于直接連接到電池的汽車應(yīng)用。