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汽车电路负极浪涌的产生与防护措施

时间:2019-08-26 14:17作者:乐枫
本文导读:这是一篇关于汽车电路负极浪涌的产生与防护措施的文章,随着网络信息化的深入发展,汽车的发展也在朝智能互联方向发展,电子电器元器件更多,电子电器运行环境更加复杂,如电磁干扰,浪涌等。这些干扰会造成电子元器件故障,进而影响客户体验甚至安全性问题。

  浪涌对电子电路的正常工作有着严重的威胁,其防护至关重要。根据浪涌的产生机理,其不仅会作用于电子电路的正极,同样会自负极对电子电路造成严重的影响和危害,本文结合实际的案例分析,给出相应的负极浪涌防护建议和规避方案。

  一、引言

  随着网络信息化的深入发展,汽车的发展也在朝智能互联方向发展,电子电器元器件更多,电子电器运行环境更加复杂,如电磁干扰,浪涌等。这些干扰会造成电子元器件故障,进而影响客户体验甚至安全性问题。诸如,智能自动空调、人机交互、远程启动控制、无线充电、液晶仪表、HUD、电动尾门等智能体验,以及定速巡航、自适应巡航、自动驾驶等主动安全技术的应用,均需要一个安全稳定的电路环境为其正常运行提供保障,否则将会影响客户的体验、甚至整车安全。

汽车电路

  二、负极浪涌的特点和来源

  1. 负极浪涌的特点

河南快三开奖结果   负极浪涌具备浪涌的基本特点,除此之外,由于汽车电子电路共地的特点,故而负极浪涌的主要差异点在于其影响的范围广,以及其影响目标的不确定性。负极浪涌一般情况是由于静电侵入、感性负载受外力驱动工作时、大功率电器接通和断开瞬间产生的电压波动,通过负极影响电路中的所有元器件。而且距离源点越近受到的影响越大,此即负极浪涌影响度与负极的接地方式有很大关系。

  2. 负极浪涌的表现

  浪涌普遍存在与汽车电路系统中,也就是说浪涌无处不在。浪涌在电路系统中的主要表现有:电压波动,在汽车电器件工作时,比如喇叭、鼓风机等工作的时候,会影响整车电压的波动。此电压波动导致的浪涌可能会影响其他电子产品的正常工作。

  静电影响的幅值极大、影响时间短,能量与静电强度有关,能量较大,ESD极易损坏电子元器件,多表现在功能间歇失效或击穿失效。

  感性负载的影响幅值不高、影响时间较长,能量大小与外力的能量大小有关,此种浪涌能量一般较大,易直接烧蚀元器件,使之凝结短路。

  大功率电器断开/接通产生的幅值不高、影响时间短,但对控负的电路影响较大,此种负极浪涌多表现为导致电子元器件误判。

  3。 负极浪涌的来源

  以汽车电路系统为例,结合近5年从微车、MPV、轿车、SUV的零公里及售后的失效分析情况,分析发现,负极浪涌影响程度最大的是静电危害,如导航车机功能异常、空调控制面板电容击穿失效、安全气囊控制器芯片击穿、雾灯开关电容击穿失效等约80%的故障原因来源于静电危害。

  三、浪涌的产生和案例分析

河南快三开奖结果   1. 外部因素

河南快三开奖结果   首先,汽车电路,外部因素主要是静电,车体静电干扰与汽车和使用环境均有关系,首先是汽车在行驶中与空气摩擦,会在车体上形成静电,静电放电会形成电流,并对汽车电子设备造成电磁干扰。另外,既是人体静电,在接触汽车时会通过车体放电,人体静电可达到25~40KV,瞬间电流可达近40A,产生的瞬间功率非常大,如果直接进入未做防护的电路系统,足以摧毁所有电子元器件。

  在现有的汽车电路设计中,多数把负极作为了0V理想地来进行参数校核,仅对电源端做稳压处理和保护,而忽略了负极保护,进而导致一系列功能异常甚至是汽车安全性问题的发生。

  在汽车电子电路的开发设计时,要充分考虑地端防护的重要性,进行浪涌防护。比如,BCM、PEPS、气囊控制器、传感器、车机导航,甚至是雾灯开关、雨刮开关等均需要考虑地端的浪涌防护,否则在实际客户的使用过程中,极易出现电器功能异常问题,且部分是软损伤引起的隐形故障。

  其次,外部因素是电磁干扰,诸如高压输电线、高压变电站和大功率无线发射站的电磁干扰,以及雷达、太阳黑子辐射干扰等因素。汽车使用环境中也会有类似的干扰,比如加装的行车记录仪。此类干扰情况,多数在移除干扰源后功能即会恢复正常。但对于实际客户使用来说,某些故障是不允许出现的,如组合仪表黑屏显示不准的故障,一般正常标准要求抗干扰电平不低于33V/m,功能等级为A。但为规避此类问题,则需要提高其抗干扰能力至100V/m,功能等级为A。

  2. 内部因素

  首先,点火系统的电磁干扰,点火系统中影响最大的是火花塞引起的高频电磁干扰,另外既是点火时整车电路电压拉低造成的瞬态影响。

  其次,负载突变导致的电压波动,在汽车电器中,常见的故障表现在空调鼓风机开启和断开瞬间、雨刮电机开启和关闭瞬间、玻璃升降器工作和停止的瞬间、电调座椅工作的瞬间等。其中影响最大的是鼓风机开启和断开时,电压波动较大。

  再者,感性负载工作时产生的电磁干扰,如汽车喇叭,在喇叭工作时, 会因为动静触点的反复闭合, 产生各种频率的干扰杂波, 通过喇叭的正极和负极线, 对车辆的电源和搭铁造成干扰。此类造成的故障多为对电子控制器件的影响,导致其出现误报。案例如下:当喇叭工作时,仪表会出现制动报警灯闪烁,其原因在于拉动了地端电压的波动,导致组合仪表误报故障。解决方案,可以通过在喇叭正负极之间增加压敏电阻、或者提高组合仪表的报警门槛电压来进行规避。

  四、负极浪涌的防护措施

  综合前面的机理分析和案例共享,要降低负极浪涌对电子电路以及汽车安全的影响,要从三方面考虑规避方案:一是电子电路开发时进行负极浪涌保护设计;二是抑制负极浪涌的传输;三是软件开发时策略规避、防止误报提。

  首先,电子电路的负极浪涌防护,重点是对控制芯片、稳压芯片、霍尔元器件等核心芯片的地端防护,防止外部异常电压直接作用于芯片。

  电子电路在开发设计时,要充分考虑负极浪涌的影响,采取必要的保护措施。同时,随着整车用电环境的复杂多样,在DVP设定时要考虑提高EMC测试标准,无源放电提升至15KV、有源直接放电提升至25KV、有源间接放电提升至15KV。

  其次,抑制负极浪涌的传输,主要是通过良好接地和安装位置的合理布局来进行规避。接地处理方法一般有两种:

  一是多组并联接地,芯片接地通过多个P脚并联接地,可以有效分流,从而降低负极浪涌对元器件的影响。

  二是壳体接地,在汽车系统中,需要进行如此处理的零部件有安全气囊控制器、全景泊车控制器、车机大屏、ABS、EPB等核心部件。

  再者,进行软件策略规避。此类故障常见于"地飘"导致的指示灯误报、功能误操作,而"地飘"的产生因素过于繁多,比如静电、感性负载工作、大功率电器开闭等情况,故解决"地飘"的有效办法只有提高"门槛"需求。

  解决方案一般有两种:一是提高门槛电压,由0V调整到5V或者更高。一般低电平控制的设定在5~8V,高电平控制设定在9V~16V;二是拉大易误报的功能识别区间,识别值至少达到200%以上。比如左转向灯亮起时串入阻值为150Ω、右转向灯亮起时串入阻值为300Ω,此种识别区间过小,容易造成误动作,解决方案既是拉大左右转向的串入阻值差,可将左转向提高到1000Ω、右转向提高到3000Ω,则可以解决此误动作问题。

  五、结论

  随车汽车智能化、自动驾驶等技术的运用,汽车电子系统的安全性、可靠性逐渐凸显,在电路系统的设计和开发时有很多问题需要进行规避,以达到"0"故障率,但要达到此目标,负极浪涌防护是必不可少的。

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