如何對車載電子產品進行電壓瞬變測試

隨著汽車產業(yè)的快速發(fā)展，為滿足人們對汽車安全、環(huán)保、節(jié)能及舒適性等要求，車載電子產品的應用越來越普及。由于汽車供電系統(tǒng)的輸出復雜，大電流馬達、電磁閥等元件導致供電電壓輸出經常發(fā)生波動，大電壓脈沖或跌落現(xiàn)象頻繁發(fā)生（圖 1），這將對車內電子產品的穩(wěn)定工作帶來挑戰(zhàn)，尤其是與安全相關的電子產品，如安全氣囊控制電路、ABS控制電路等。非正常電壓波動將造成這些設備的 CPU或其它芯片進入重啟、鎖死或者未知狀態(tài)，直接影響到車內人員的安全。

圖1實測汽車啟動時輸出電壓的跌落過程電壓跌落最大達到5V時間持續(xù)超過2秒

   如何在實驗室里仿真出實際供電系統(tǒng)中出現(xiàn)的電壓瞬變現(xiàn)象，以便盡早發(fā)現(xiàn)車載電子產品在可靠性方面存在的隱患成為廣大汽車電子產品研發(fā)和設計驗證人員非常關心的問題。為方便測試，國際標準化組織提供了一系列電壓瞬變波形測試模版（圖2），用以仿真各種情況下的電壓波形。如ISO-7637、ISO-16750等文擋，對汽車在各種運行環(huán)境下的電壓瞬變波形進行預測，工程師可以在實驗室里，按照模版定義的電壓波形對待測件進行測試，以判斷產品是否達到要求。
    

圖2ISO-16750-2中定義的幾種典型電壓瞬變波形

完成此類測試通常難度較大，因為瞬間電壓跌落或過沖現(xiàn)象往往速度快，波形特殊，并帶有一定的功率輸出。使用函數(shù)發(fā)生器雖然帶寬足夠，也方便地產生各種波形，但輸出功率非常小（通常在毫瓦級別），無法用于驅動待測件。普通電源雖然功率大，但是輸出電壓變化速度慢，通過編程控制電源輸出，只能產生簡單的以秒為單位變化的波形，無法達到測試模版中定義的電壓瞬變速度。

選用帶有模擬編程功能的電源，在一定程度上可提高電源輸出波形的頻率范圍。帶有模擬編程功能的電源在系統(tǒng)中的作用相當于一個功率放大器，將模擬編程端輸入的波形信號成比例放大并輸出，系統(tǒng)結構如圖3所示：
     

圖3采用模擬編程法輸出電壓瞬變波形

通過這種方法可以產生一些復雜波形，函數(shù)發(fā)生器驅動電源產生帶有功率的電壓瞬變波形。但是由于電源速度的限制，輸出波形的頻率被限制在幾十赫茲的范圍內。另外，模擬編程法會導致輸出電壓精度的下降。

高速電源是完成電壓瞬變測試最理想的方法。例如安捷倫N6705A直流功耗分析儀，帶有豐富的前面板功能，無須編程即可定義各種電壓瞬變波形（圖4）。并在前面板屏幕上直接觀察到電源輸出電壓電流實際曲線。
   

    圖4通過安捷倫N6705A直流功耗分析儀直接產生電壓瞬變波形

復雜的電壓瞬變波形可以通過描點方式實現(xiàn)。圖5中，左邊的輸出對應ISO-16750-2中定義的發(fā)動引擎時典型的電壓跌落波形。右邊波形中，每次電壓跌落幅度增加5%，直到待測電子設備發(fā)生重啟為止，該測試用以判斷車載電子設備的重啟電壓。
  

圖5通過描點法利用高速電源產生復雜電壓瞬變波形

ISO提供的測試模版可以預測大多數(shù)情況下供電系統(tǒng)中產生的電壓瞬變波形，但模版測試仍然無法完全覆蓋真實供電環(huán)境下的電壓變化。由于實際應用環(huán)境各不相同，車載電子產品必須經過真實環(huán)境測試后，才能被認為真正達到設計要求。真實環(huán)境測試需要將待測件放置在車內環(huán)境中，甚至與發(fā)動機、實際車內負載等設備連接，測試條件非常復雜，而偶發(fā)的電壓變化波形出現(xiàn)頻率很低，難以控制，需要反復測試才能得到所需要的測試條件。為了簡化測試方法，工程師希望能在實驗室中通過儀器復現(xiàn)出這些偶發(fā)電壓波形，更方便的完成實際環(huán)境測試。