引言：在汽車應(yīng)用中，拋負載是現(xiàn)代電子中最大的瞬態(tài)脈沖之一，這種由國際標準化組織(ISO)16750-脈沖A和B定義的低阻抗脈沖對IC來說可能是毀滅性的，因為電壓可以在近乎半秒內(nèi)上升到120V。

當(dāng)輸送電流的發(fā)電機突然與系統(tǒng)斷開連接時，就會出現(xiàn)這些瞬態(tài)脈沖，防護電路箝位未抑制的波形，大多數(shù)有能力承受拋負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)將探討拋負載瞬態(tài)脈沖的細節(jié)、其原因以及設(shè)備如何能夠在拋負載中安然無恙。

1. 拋負載的原因

在汽車中，交流發(fā)電機為電池充電，并在發(fā)動機運轉(zhuǎn)時為車輛的電子設(shè)備供電。交流發(fā)電機反映了電感器的基本特性，當(dāng)電感器被皮帶旋轉(zhuǎn)時，會產(chǎn)生磁場，轉(zhuǎn)換為電流，圖12-1顯示了蓄電池與交流發(fā)電機和車輛其他負載的并聯(lián)連接。

圖12-1：與蓄電池和負載相連的交流發(fā)電機

在圖12-1中，電池充當(dāng)一個大電容器，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)電機的電感特性會在車輛的電源線上產(chǎn)生非常大的電壓尖峰，可能需要半秒的時間才能消散，見
圖12-2 ，ISO-16750將該瞬態(tài)脈沖定義為拋負載脈沖。

圖12-2：蓄電池與汽車系統(tǒng)斷開連接

由于發(fā)動機接通時交流發(fā)電機始終接通，因此車輛很有可能出現(xiàn)這種蓄電池斷開的情況。

2. ISO 16750-2

關(guān)于拋負載瞬態(tài)的電壓分布，以及它對系統(tǒng)構(gòu)成的危險，ISO-16750-2(2012)汽車標準強調(diào)了幾種不同的電池不連續(xù)性，如冷起動和拋負載。該標準還涵蓋了電源電壓、接地參考和電源偏移的瞬時下降，以及開路和短路負載條件。

脈沖A(未抑制)

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

圖12-3：拋負載測試未抑制的電壓波形

表12-1列出了圖12-3的值。

表12-1：拋負載測試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，拋負載脈沖對工程師來說是一個嚴峻的問題，因為大多數(shù)器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)將在電壓達到ISO-16750-2規(guī)定的最大水平之前發(fā)生故障，下式計算了IC能夠承受交流發(fā)電機的最大電流：

IC內(nèi)通常有一個小的箝位或靜電放電(ESD)結(jié)構(gòu)，但無法承受400ms的這種電流水平，由于脈沖能量如此之高，車輛制造商通常會設(shè)計一個集中電路，將脈沖箝位到更加安全的電壓。

脈沖B(抑制)

由于A脈沖測試能量極高且難以消散，因此大多數(shù)車輛都有一個與交流發(fā)電機和蓄電池并聯(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、負載和中央夾具的交流發(fā)電機

該箝位電路將消耗交流發(fā)電機的多余能量，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：拋負載測試B抑制的電壓波形

表12-2：拋負載測試B抑制的參數(shù)

大多數(shù)車輛都需要所有連接電池的IC來承受抑制的拋負載。

3.拋負載沖擊

拋負載脈沖具有高能量，需要高功率耗散箝位來抑制脈沖，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脈沖，這意味著連接到電源線的IC將簡單地允許脈沖發(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)，在抑制拋負載事件期間，瞬態(tài)發(fā)生時不會斷開開關(guān)，因為它低于設(shè)備的最大額定值。類似地，對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載，系統(tǒng)就不會受到損壞。

4.小結(jié)

汽車交流發(fā)電機在正常工作期間有助于為電池充電，但由于其電感性質(zhì)，如果電池斷開，電源線上的電壓可能會飆升，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。這兩個脈沖幾乎相同，其中一個脈沖具有中心箝位，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。