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关于汽车TMPS的抛负载脉冲试验解析

关于汽车TMPS的抛负载脉冲试验解析

孙成明:大家下午好,我叫孙成明,苏州泰思特电子科技有限公司的工程师,我们主要是研究EMC测试仪器,演讲题目是帮助客户测试改进的典型实例。
测试的依据是7637,试验脉冲五,汽车上包括很多试验项目,其中八种脉冲里面最难通过的是脉冲一,脉冲三和脉冲五,尤其是脉冲五。这个产品原来脉冲一三五都没有通过,后来采取一些措施以后试验全部通过了。
先声明下,本次电路保护与电磁兼容研讨会的主办方 中国电子展(www.aidzz.com)、电子元件技术网(www.cntronics.com)和我爱方案网(www.52solution.com)谢谢!下面的重点是说脉冲五,试验的要求电压是87伏,不包括原来的电压,原来是13.5V,实际电压加到100多伏。
这是一个试验方法,标准上我们没有给详细的试验方法,有大概的框图。这是我们列出来的,每一步应该怎么做,为什么这样?我们发现大部分的电子产品公司,按提高的标准测试,到底怎么测并不明确,实际上试验部门,测试部门,完全是检验部门,如果方法不正确,做出的结果也是不可重现的。
   
最重要的一点,就是在试验的时候。这里强调讲试验方法,Rv标准上提到,我们发现很多单位试验的时候没有提这个Rv,实际上试验过高了。Rv是什么意思?它代表测量的其它设备,除了被测的设备。一个等效阻抗,当然标准规定的电压100伏也好,200伏也好,它在开路情况下,也就是负载不带Rv,开路情况下的电压,实际测试的时候如果没有这个Rv原内阻,根据车厂的要求,用户设的,实际上它的电压就低于测试电压的一半。根据不同的车厂要求,电压不同,负载就不同,Rv不同,上升的宽度也是不同,不能照着标准硬性去测试,那样测试的结果是不对的,不同的阻抗波形肯定是不一样。

因为这个专题是解决保护问题的,这个试验方法我们简单说一下,重点介绍保护。这是原来电路里边没有通过,没有PVS管,电源过来直接上DC—DC变压器,接着底下供电。当然它没有保护,本身的功能性能是没有问题,但是做7637这些试验的时候它不能通过了,原因是过来一个脉冲肯定会把它打坏了,这是第一个版本的电路。保护的时候,前面讲采取保护措施,有压敏电阻,压敏电阻在这儿不太适合,因为脉冲响应非常快,压敏电阻响应慢, PVS管也不是随便加的,这个方案大家看从原理上说没有问题。实际试验的时候,第一次试验脉冲打过去没有问题,设备一切正常,连续打三个脉冲它就坏了,打第一个脉冲的时候电阻发红,第二个脉冲就非常厉害,第三个脉冲烧断了,三个脉冲打过来PVS钳位对后面产生保护。这个电阻烧坏了,为什么?大电流通过 TVS管,电子经不起功率的时候,加大3这个电阻的功率可以吧?那不是最好的办法。
下面的实验资料自电子元件技术网的元器件知识库( http://www.cntronics.com/public/baike )栏目或是我爱方案网的知识堂( http://www.52solution.com/knowledge )频道!
试验采集来的波形,输入端加的脉冲,因为TVS管的作用,开始有一个缓慢过程,整个加到TVS管,这个等位是30伏,当然它有一个变化幅度。后面的保护没有问题,这个电压为什么会烧掉,就是峰值电压的作用。烧的原因刚才已经介绍了,同样还是这么些器件,把TVS管从后面换到前面来,电阻原来接了两个电阻,现在省掉一个。后面的试验非常顺利,这是改进了以后它采集到的波形,这是整个电路参数优化,当时没有优化,TVS管也不是随便选,有的客户说我加上TVS 管怎么不行,那么多的型号要选,要优化,TVS管要优化,还有PDC(自恢复保险丝管)。

它之所以起到保护作用,是利用了TVS管的特性和PDC的特性,这两个特性复合应用,正好达到最好的效果,要解决你电路经过多大电流,TVS管要选,电压和电流PDC管也要选,它承受的电流。而且最主要我们利用它的内阻特性,PDC有一个重要特性,它不仅仅是保护过电流以后它断掉,而是高电压施加的过程中内阻很快升高,正常的情况直流通过了,几乎内在等于零,对我的电路不起任何负作用,但是这个脉冲电压升过来的时候,我们这里注意脉冲刚才那个波形,它上升时间总共是10到20毫秒,这个时间正好是内阻增加的过程,内阻增加就对TVS管限流,我们TVS管保护了后面的电路,谁来保护TVS管呢?如果没有这个,原来是接在后面,假设为了限流保护,因为内在如果很小的话,TVS管加一百伏电压,钳位70伏,电流是非常大的,就把它烧坏了,如果不限流把它烧坏,谁来限流呢?靠这个自恢复,选择一个恰当的值,让它起到保护作用。
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下面来看那这个例子比较容易,因为整个电流不超过40毫安,电路比较容易设计。它整个优化设计以后,后面钳位钳的很好,它输入的电压还是那么高的。
这里边详细的设计分析,应该说电路很简单,相当于一个等效电路,主要是要选择TVS管,后边电路要求电压保护,这个例子是5到45伏,我们选的是30伏,保证工作电压一直稳定在这个范围内,电流40毫安,这里PDC内阻是0.85欧姆,最基础的电路就可以保证所有参数在最佳值。
   
其实抛负载的含义,其它大的感性负载突然断了,必然产生很高的电压,使其它的设备受到很高脉冲干扰,而且能量很大。PE,PRA,脉冲比这还高,但是能量比较小,时间也比较短。
  
我想留点时间,跟大家可以提问一下。有什么问题可以跟孙工交流一下。
   
提问:孙老师,你好,你说电阻打坏了,我想问电阻的阻值是多大的?
孙成明:四欧姆。
提问:这种电路防护有一定的功率分配,如果把这个电阻去掉,会不会增加TVS的压力呢?
孙成明:这是设计要点,那个电阻我们靠保险丝本身的特性。实际上还有这个电路,电阻没了,我们用什么等效电路,PDC内阻来代替,所以你选PDC的时候要选内阻。

提问:大的是吧?
孙成明:内阻太大也不行,你要有一个恰当的值,PDC电压升高多少它内部扩大,有这个参数。
提问:直流12伏电路,12欧姆电阻会不会太大了?
孙成明:不大,它是0.5欧姆,加上其它的,还有Rv内阻,这个等效并起来,大概也是0.5欧姆,100伏加进来,瞬间是能承受的。这个电压,一欧姆会降多少呢?如果降50安培,试验电压实际是43.5伏,我这里30伏,中间差十几伏的电压,当有一欧姆电阻的时候,十几安培的电流的时候,一切没有问题。它的电流可以限制在允许的范围内,整个内阻都要考虑进去,实际试验没有问题,后边整个要计算。当管子选不好,正常试验没有问题,在某一个特殊情况下它仍然可以坏。
完整版原文地址:http://www.cntronics.com/public/seminar/content/type/article/rid/119/sid/23
如果我们一个产品,我仅仅满足于标准试验室测试过关,这只是水平,这个意义不是很大,最终你的产品要经过考验,这里边要详细计算,我谈这个意义的要点,就是提醒我们的工程师们,不注意设计细节,拿个电路一抄,试验一次通过,没有问题,这里边我后边把各种现象,你最坏的情况都要考虑进去,在这样的情况下优选器件,所以我强调优选设计,说起来这个很简单,这个计算,问题出在大电流设备的时候,可能你的选择难度很大。只要这个管子配好,如果你满足不了,你前面不用加十欧姆,当然根据后面的电流消耗,我加以13.5伏,后面允许你加10伏,我降3伏,没有问题,但是降3伏要考虑功率等,这个要设计师综合考虑,我采取什么最优。在这个电路里不用加,没有问题,在其它电路可能是要适当加一点。
提问:这种电路,一定要保证,提高量计余量来保证,还是有一定的计算方式来保证?
孙成明:等效电路摆出来以后,大家学过基础电路的都可以完成,你的余量留多大,是很容易算出来的。这里边等效做好,电流做好,这个是一般的电工基础的问题。
   
提问:一般不会加大量计测试是吧?
孙成明:不是,我们做汽车EMC测试的,试验的时候如果没有加Rv,试验方法是不对,不加Rv能不能通过?什么情况下能通过呢?一个汽车大的设备都损坏,造成开路了,这个时候可能产生一个高脉冲全部加到你的设备上,这个时候我也跟着坏了,那有什么关系呢,你要其它设备都正常工作。如果你自己想考验我的设备,我更严格,都坏的时候我还不坏,第二步才做这个试验,如果你试验完了以后,我给客户做试验,你试验完通过,你愿不愿意做这个断开试验,如果你愿意,我们再试验,能通过,你的设备都坏了,我也不坏。
   
主持人:谢谢孙老师,还有问题吗?
提问:孙老师,您好,我做EMC试验的时候,传导试验,具体标准我不是很清楚,当外部干扰电源线,频率8兆左右我的仪器就不能工作,这个传导试验,这种干扰怎么能比较好的解决呢?
孙成明:这个应该有专题咱们去讨论这个问题,因为这个不是一句话能说完的。下面我们可以交流,包括试验方法和机理。
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