對(duì)于做汽車(chē)電子硬件設(shè)計(jì)的工程師來(lái)說(shuō)，ISO7627-2這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是絕對(duì)不會(huì)陌生，這個(gè)測(cè)試項(xiàng)目就是電源線瞬態(tài)傳導(dǎo)抗擾度，只因?yàn)殡娫淳€瞬態(tài)傳導(dǎo)抗擾度的這幾個(gè)測(cè)試波形太出名了，分別是波形1，2a，2b，3a，3b，4，5a，5b（如下截圖是從ISO7637-2 2004版中截取的，在2011版的ISO7637中波形1和2a這兩個(gè)的測(cè)試脈沖數(shù)已經(jīng)改成500了）。

對(duì)于從1到4的幾個(gè)波形，基本上都是一些時(shí)間極短的脈沖，雖然正負(fù)電壓的幅值很高，但是能量很小，基本上電路上不用做太多特殊的防護(hù)，單靠一般的電源芯片的電氣特性就能防護(hù)下來(lái)，而對(duì)5a，5b波形，就需要做專(zhuān)門(mén)的應(yīng)對(duì)了，而應(yīng)對(duì)方法就是增加一個(gè)防浪涌的TVS管了。

在介紹TVS選型的時(shí)候，先簡(jiǎn)單的介紹一下5a和5b這兩個(gè)波形。

波形5的名稱(chēng)又叫做拋負(fù)載測(cè)試，在ISO16750-2中有定義，這個(gè)測(cè)試是對(duì)負(fù)載突降瞬態(tài)的模擬，該負(fù)載突降是在交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生充電電流且此時(shí)交流發(fā)電機(jī)電路上仍有其他負(fù)載的情況下斷開(kāi)放電電池的情況下發(fā)生的；負(fù)載突降幅度取決于交流發(fā)電機(jī)的速度以及電池?cái)嚅_(kāi)時(shí)交流發(fā)電機(jī)勵(lì)磁的水平。這就是我們的5a波形的來(lái)歷了。

當(dāng)不良接觸點(diǎn)1突然斷開(kāi)，G2又在發(fā)電，這時(shí)候DUT的3就承受了一次完整的拋負(fù)載。（這個(gè)工況可能比較少見(jiàn)，但是在一些賽車(chē)運(yùn)動(dòng)中，為了盡可能的減少車(chē)身重量，在車(chē)輛完成啟動(dòng)后，是會(huì)把蓄電池拆下來(lái)的）

拋負(fù)荷脈沖的持續(xù)時(shí)間主要取決于勵(lì)磁電路的時(shí)間常數(shù)和脈沖幅度。在目前大多數(shù)新的交流發(fā)電機(jī)中，都會(huì)通過(guò)添加限制二極管來(lái)抑制（鉗位）負(fù)載突降幅度。將脈沖的最大電壓值限制在35V，這就是5b波形的來(lái)歷了。（下面這個(gè)電路圖就是5b波形的由來(lái)了）

由此來(lái)說(shuō)，5a波形的嚴(yán)酷程度肯定是遠(yuǎn)超5b波形的，更高的幅值帶來(lái)的是更高的能量，因此吸收這么大的能量，需要更大功率的TVS二極管來(lái)進(jìn)行電源輸入口的保護(hù)了。

那進(jìn)入到今天的正題，怎么選擇TVS的功率？首先就要搞清楚脈沖的能量有多大。

根據(jù)在ISO7637-2中的定義，最嚴(yán)苛的參數(shù)肯定是電壓幅值最高，持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)。那取值為Us=87V，Td=0.4s。

5a波形的方程式為：

其中：

Uo為波形發(fā)生器的開(kāi)路電壓；

Ri為波形發(fā)生器的內(nèi)阻；

RL為波形發(fā)生器的負(fù)載電阻；

由此可以推導(dǎo)出波形發(fā)生器瞬時(shí)電流就是電壓除以負(fù)載電阻，公式如下：

這樣，波形發(fā)生器的瞬時(shí)功率就是P=U*I：

那么波形的能量就是功率在時(shí)間上的積分：

對(duì)于以上公式的化簡(jiǎn)結(jié)果就是下面這個(gè)，一個(gè)完整波形的能量公式：

我們?nèi)≈礡i=RL，這樣的話Uo=2Us。根據(jù)ISO7637-2中的結(jié)論，內(nèi)阻和負(fù)載電阻都取2Ω的時(shí)候是一個(gè)最優(yōu)的選擇，對(duì)線束和連接器的影響都可以忽略。

在標(biāo)準(zhǔn)里面，定義的5a波形的參數(shù)如上圖所示，Us取96V，波形的定義為100V±10V。Td的時(shí)間是400ms±80ms。

按照中位值帶入到公式中去計(jì)算：

計(jì)算的結(jié)果是We=434.78W。

我們把所有參數(shù)都按照最大的上偏差來(lái)計(jì)算，這樣的話：

計(jì)算出來(lái)的結(jié)果為We=631.3W。

根據(jù)上面一堆公式，我們可以得到一個(gè)完整的5a的波形的能量最大是631.3W。但是在實(shí)際應(yīng)用中，TVS會(huì)將電路鉗位在一定的電壓以上（一般選用鉗位電壓為30V的TVS二極管），這樣的話，TVS所承受的功率肯定是小了很多。通常選擇一個(gè)600W的TVS是綽綽有余了。

那現(xiàn)在市面上的發(fā)電機(jī)也是越來(lái)越多的加入了防浪涌的措施，在新款的汽車(chē)上或者新能源汽車(chē)上，由發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的浪涌都在35V以下或者沒(méi)有浪涌（需要考慮新能源汽車(chē)DCDC的輸出干擾）。

我們甚至可以考慮選用更小功率的TVS來(lái)降低成本，不過(guò)計(jì)算終歸是理論計(jì)算，在我們選擇600W或者更低的400W的TVS的時(shí)候，可能由于板內(nèi)的感性負(fù)載等各種復(fù)雜的情況，最終的評(píng)判還是需要交給試驗(yàn)。

以上公式在ISO7637-2標(biāo)準(zhǔn)的附錄部分都有呈現(xiàn)，我僅僅只是做了一個(gè)搬運(yùn)工，好奇的來(lái)計(jì)算一下TVS的選型是否具有理論上的計(jì)算來(lái)支撐。

審核編輯：劉清