如何對(duì)車(chē)載電子產(chǎn)品進(jìn)行電壓瞬變測(cè)試

隨著汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，為滿(mǎn)足人們對(duì)汽車(chē)安全、環(huán)保、節(jié)能及舒適性等要求，車(chē)載電子產(chǎn)品的應(yīng)用越來(lái)越普及。由于汽車(chē)供電系統(tǒng)的輸出復(fù)雜，大電流馬達(dá)、電磁閥等元件導(dǎo)致供電電壓輸出經(jīng)常發(fā)生波動(dòng)，大電壓脈沖或跌落現(xiàn)象頻繁發(fā)生（圖 1），這將對(duì)車(chē)內(nèi)電子產(chǎn)品的穩(wěn)定工作帶來(lái)挑戰(zhàn)，尤其是與安全相關(guān)的電子產(chǎn)品，如安全氣囊控制電路、ABS控制電路等。非正常電壓波動(dòng)將造成這些設(shè)備的 CPU或其它芯片進(jìn)入重啟、鎖死或者未知狀態(tài)，直接影響到車(chē)內(nèi)人員的安全。

圖1實(shí)測(cè)汽車(chē)啟動(dòng)時(shí)輸出電壓的跌落過(guò)程電壓跌落最大達(dá)到5V時(shí)間持續(xù)超過(guò)2秒

?? 如何在實(shí)驗(yàn)室里仿真出實(shí)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(chē)載電子產(chǎn)品在可靠性方面存在的隱患成為廣大汽車(chē)電子產(chǎn)品研發(fā)和設(shè)計(jì)驗(yàn)證人員非常關(guān)心的問(wèn)題。為方便測(cè)試，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織提供了一系列電壓瞬變波形測(cè)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(duì)汽車(chē)在各種運(yùn)行環(huán)境下的電壓瞬變波形進(jìn)行預(yù)測(cè)，工程師可以在實(shí)驗(yàn)室里，按照模版定義的電壓波形對(duì)待測(cè)件進(jìn)行測(cè)試，以判斷產(chǎn)品是否達(dá)到要求。
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圖2ISO-16750-2中定義的幾種典型電壓瞬變波形

完成此類(lèi)測(cè)試通常難度較大，因?yàn)樗查g電壓跌落或過(guò)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(chǎn)生各種波形，但輸出功率非常小（通常在毫瓦級(jí)別），無(wú)法用于驅(qū)動(dòng)待測(cè)件。普通電源雖然功率大，但是輸出電壓變化速度慢，通過(guò)編程控制電源輸出，只能產(chǎn)生簡(jiǎn)單的以秒為單位變化的波形，無(wú)法達(dá)到測(cè)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(dāng)于一個(gè)功率放大器，將模擬編程端輸入的波形信號(hào)成比例放大并輸出，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示：
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圖3采用模擬編程法輸出電壓瞬變波形

通過(guò)這種方法可以產(chǎn)生一些復(fù)雜波形，函數(shù)發(fā)生器驅(qū)動(dòng)電源產(chǎn)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(nèi)。另外，模擬編程法會(huì)導(dǎo)致輸出電壓精度的下降。

高速電源是完成電壓瞬變測(cè)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(wú)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(shí)際曲線(xiàn)。
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??? 圖4通過(guò)安捷倫N6705A直流功耗分析儀直接產(chǎn)生電壓瞬變波形

復(fù)雜的電壓瞬變波形可以通過(guò)描點(diǎn)方式實(shí)現(xiàn)。圖5中，左邊的輸出對(duì)應(yīng)ISO-16750-2中定義的發(fā)動(dòng)引擎時(shí)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(cè)電子設(shè)備發(fā)生重啟為止，該測(cè)試用以判斷車(chē)載電子設(shè)備的重啟電壓。
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圖5通過(guò)描點(diǎn)法利用高速電源產(chǎn)生復(fù)雜電壓瞬變波形

ISO提供的測(cè)試模版可以預(yù)測(cè)大多數(shù)情況下供電系統(tǒng)中產(chǎn)生的電壓瞬變波形，但模版測(cè)試仍然無(wú)法完全覆蓋真實(shí)供電環(huán)境下的電壓變化。由于實(shí)際應(yīng)用環(huán)境各不相同，車(chē)載電子產(chǎn)品必須經(jīng)過(guò)真實(shí)環(huán)境測(cè)試后，才能被認(rèn)為真正達(dá)到設(shè)計(jì)要求。真實(shí)環(huán)境測(cè)試需要將待測(cè)件放置在車(chē)內(nèi)環(huán)境中，甚至與發(fā)動(dòng)機(jī)、實(shí)際車(chē)內(nèi)負(fù)載等設(shè)備連接，測(cè)試條件非常復(fù)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(fù)測(cè)試才能得到所需要的測(cè)試條件。為了簡(jiǎn)化測(cè)試方法，工程師希望能在實(shí)驗(yàn)室中通過(guò)儀器復(fù)現(xiàn)出這些偶發(fā)電壓波形，更方便的完成實(shí)際環(huán)境測(cè)試。