1．汽車電氣系統(tǒng)簡述

近年來，隨著汽車功能的不斷增加和系統(tǒng)可靠性要求的不斷提高，越來越多的電子控制單元（ECU）被引入到汽車設(shè)計(jì)中，汽車中的電氣系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜医窖，已經(jīng)成為汽車系統(tǒng)總成的核心。通常阁喉，汽車的電氣系統(tǒng)分為供電系統(tǒng)和用電設(shè)備兩部分蔽树。供電系統(tǒng)是指給用電設(shè)備產(chǎn)生、分配和傳遞電能裝置的總稱噪设，它包括發(fā)電機(jī)碗挟、蓄電池、電線束乔墙、開關(guān)及繼電器等竞谒，具有低壓和直流的特點(diǎn)。汽車用電設(shè)備是指汽車電氣系統(tǒng)中需要電源供給的設(shè)備壳影，如：起動(dòng)機(jī)拱层、空調(diào)弥臼，音響宴咧，車燈，ABS 等等径缅，其所需的電能由兩個(gè)電源供給掺栅，即：發(fā)電機(jī)和蓄電池。其具有單線制供電特點(diǎn)纳猪，即：所有用電設(shè)備均并聯(lián)氧卧。蓄電池和發(fā)電機(jī)的電源正極和各用電設(shè)備只用一根導(dǎo)線相連，而電源的負(fù)極搭接到汽車底盤上氏堤，俗稱負(fù)極搭鐵沙绝，利用發(fā)動(dòng)機(jī)體、汽車車架和車身等金屬機(jī)體作為一公共電流回路鼠锈。

汽車內(nèi)的供電是低壓電路的供壓闪檬，屬于安全電壓范圍，其額定電壓有6V购笆、12V坐署、24V 三種。目前汽油車普遍采用12V 電源挥挚，而柴油汽車則多采用24V 電源玻岳。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系和起動(dòng)系統(tǒng)均由蓄電池供電，蓄電池為直流電源卜伟，因此别孵，向蓄電池充電也必須采用直流電方式声碴。汽車?yán)锿ǔ２捎玫墓枵鹘涣靼l(fā)電機(jī)其本質(zhì)是一臺三相同步交流發(fā)電機(jī)，通過硅二極管整流后提供直流充電電流葛窜。

發(fā)電機(jī)是由汽車發(fā)動(dòng)機(jī)拖動(dòng)而工作的溺六，在汽車正常運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)在汽車上是主要的供電電源达华，供給全車除起動(dòng)機(jī)外的一切電氣設(shè)備的電能伪给，并將多余的電能向蓄電池充電，使蓄電池始終處于完好的荷電狀態(tài)晒淮。蓄電池是供電系統(tǒng)的輔助電源盲如，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于起動(dòng)或低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，發(fā)電機(jī)不能發(fā)電或發(fā)出的電壓很低敲霍，此時(shí)點(diǎn)火系及其它用電設(shè)備所需的電能則完全由蓄電池供給俊马。同時(shí)，當(dāng)用電設(shè)備所需的功率超過發(fā)電機(jī)所輸出的功率時(shí)肩杈，蓄電池與發(fā)電機(jī)共同向用電設(shè)備供電柴我。

在發(fā)電機(jī)供電的情況下，電源系統(tǒng)中有很高的脈沖電流扩然，隨著不同用電設(shè)備的啟用或關(guān)閉艘儒，在各個(gè)負(fù)載中的脈沖電流也相應(yīng)變化。因此夫偶，對供電系統(tǒng)的要求是：在車輛各種使用工況條件下界睁，均能可靠地保證向用電設(shè)備供電；各零部件必須符合汽車電氣設(shè)備基本技術(shù)條件及其專門技術(shù)條件的要求兵拢。

2．直流電源濾波器的設(shè)計(jì)原則

越來越多的電子控制翻斟、通訊，導(dǎo)航说铃，監(jiān)控和顯示等各種功能的電子化裝置應(yīng)用到汽車設(shè)計(jì)中访惜。因此，必須考慮這些電子裝置工作時(shí)所處的電氣和電磁環(huán)境碟荐，它可能對周圍的電子設(shè)備造成危害净彼，同時(shí)也受到車載其他電氣設(shè)備產(chǎn)生的電磁干擾，可能導(dǎo)致電子裝置的功能降低眉藤、短暫故障甚至永久損壞燥纹。這些電磁干擾往往來自于點(diǎn)火系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)及整流器系琴邻、電機(jī)以及執(zhí)行器等供電系統(tǒng)捍椎，而且電磁干擾的頻帶很寬，且通過傳導(dǎo)赂燎、耦合或輻射的方式飞熙，傳播到車載電子部件或系統(tǒng)中潜路，影響其正常運(yùn)行。鑒于此豪纸，ISO 7637－2 中規(guī)定了沿電源線的電瞬態(tài)傳導(dǎo)的干擾脈沖的抗擾性失效模式罚午、嚴(yán)重程度和測量，適用于各種動(dòng)力系統(tǒng)的道路車輛岩喷，例如：火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)恕沫、電動(dòng)機(jī)、混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等纱意。為了確保用電設(shè)備正常工作婶溯，免受來自電源線上的電瞬態(tài)傳導(dǎo)干擾脈沖，直流電源濾波器的設(shè)計(jì)成為汽車電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)偷霉。

從廣義范圍上來看迄委，電源濾波器所起的作用相當(dāng)于是一個(gè)由電感、電容組成的無源低通濾波器类少，它能夠?qū)⑵嚬╇娤到y(tǒng)中的瞬態(tài)干擾信號大幅度衰減或完全濾除叙身，并能阻止汽車用電設(shè)備（如汽車音響等）內(nèi)部電路設(shè)計(jì)中產(chǎn)生的干擾噪聲通過電源線反串入汽車供電系統(tǒng)中，污染其他的用電設(shè)備的電源供電環(huán)境硫狞。

就直流電源濾波器的形式而言信轿，其主要有四種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu).

一般來說,π 形結(jié)構(gòu)可以提供低的輸入輸出阻抗,適于所在電路源阻抗和負(fù)載阻抗高的場合;T 形結(jié)構(gòu)可以提供高的輸入輸出阻抗,適用于電源源阻抗和負(fù)載阻抗低的場合；L 形結(jié)構(gòu)可以提供高輸入阻抗和低輸出阻抗(或者相反),適于所在電路低源阻抗和高負(fù)載阻抗(或者相反)場合妓忍。不管選用哪一種形式的濾波網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)虏两，都要注意以下設(shè)計(jì)原則：

1) 雙向?yàn)V波功能：供電系統(tǒng)對汽車音響提供電流、電源濾波器對來自供電系統(tǒng)的瞬態(tài)脈沖起到濾波作用世剖，同時(shí)，汽車音響內(nèi)部的各種高頻脈沖信號或數(shù)字信號因?yàn)殡娫礊V波器的存在锥桐，對汽車供電系統(tǒng)的傳導(dǎo)發(fā)射干擾程度大大降低菲贝。

2) 能有效地抑制差模干擾和共模干擾：在汽車音響直流電源設(shè)計(jì)中要重點(diǎn)考慮差模干擾的抑制性能。

3) 最大程度地滿足阻抗失配設(shè)計(jì)原則鳄砸。

對于瞬態(tài)干擾信號威跟，插入損耗要盡可能增大，即盡可能增大信號的反射惧圆。根據(jù)信號傳輸理論往茄，當(dāng)電源的輸出阻抗ZO≠濾波器的輸人阻抗ZI 時(shí)，在電源濾波器的輸入端口就會(huì)發(fā)生反射瘦镶，反射系數(shù) p＝(ZO－ZI)/(ZO＋ZI)乘占。

顯然，ZO 與ZI 相差越大澳坟，p 便越大笔畜，端口產(chǎn)生的反射越大习棋，瞬態(tài)干擾信號就越難通過。所以呐粘，直流電源濾波器輸入端口應(yīng)與汽車供電系統(tǒng)的輸出端口處于失配狀態(tài)满俗，使瞬態(tài)干擾信號產(chǎn)生反射，有效抑制瞬態(tài)干擾信號進(jìn)入汽車音響電路作岖。同理唆垃，濾波器輸出端口應(yīng)與負(fù)載處于失配狀態(tài)，使汽車音響內(nèi)部產(chǎn)生的CE 輻射信號產(chǎn)生反射痘儡，降低對外圍用電設(shè)備的干擾降盹。因此，電源濾波器的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循下列原則：

a) 源內(nèi)阻是高阻的谤辜，則濾波器輸人阻抗就應(yīng)該是低阻的蓄坏，反之亦然。
b) 負(fù)載是高阻的丑念，則濾波器輸出阻抗就應(yīng)該是低阻的涡戳，反之亦然。

根據(jù)ISO 16750-2 和ISO 7637-2 中對連續(xù)電源的內(nèi)阻Ri 的要求（見表1）：其應(yīng)小于直流0.01Ω脯倚。對于低于400Hz 的頻率而言渔彰，連續(xù)電源內(nèi)部阻抗應(yīng)為Zi=Ri， 對于不同的瞬態(tài)脈沖鸯流，Ri 是不同的,參見下表中12V 和24V 供電系統(tǒng)的Ri胯挚。輸出電壓在0Ω負(fù)載到最大負(fù)載（包括竄入電流）之間的變化不應(yīng)超過1V，它應(yīng)在100us 的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)其最大幅度的63%址靶。疊加脈動(dòng)電壓Ur 的峰值間應(yīng)不超過0.2V咨桶，最低頻率應(yīng)為400Hz。

對于供電系統(tǒng)中的瞬態(tài)干擾信號乔盹，電感是高阻的椎敞，電容是低阻的，所以叨剧，電源濾波器與源或負(fù)載的端接應(yīng)遵循下列原則：

a) 如果電源內(nèi)阻或負(fù)載是阻性或感性的配籽，與之端接的濾波器接口就應(yīng)該是容性的。
b) 如果電源內(nèi)阻或負(fù)載是容性的秩旬，與之端接的濾波器接口就應(yīng)該是感性的飞席。

3．汽車音響直流電源濾波器的設(shè)計(jì)

通過采用阻抗失配原則選定了電源濾波器的結(jié)構(gòu)，基本上已經(jīng)決定了電源濾波器的效率淘客。濾波網(wǎng)絡(luò)兩端的阻抗差異越大村秒，濾波器的效率越高，濾波效果也就越好统台。此外雕擂，濾波器的插入損耗啡邑，即插入電源噪聲濾波器后噪聲干擾的衰減程度，這也是在實(shí)際設(shè)計(jì)和使用電源噪聲濾波器中最需要考慮的因素之一井赌。一般可以用電壓幅值的比值來計(jì)算表示插入損耗谤逼，其值越大，表示濾波器抑制噪聲干擾的能力越強(qiáng)仇穗。

就汽車音響?yīng)毩€(gè)體而言流部， 汽車音響直流電源濾波器為差模噪音信號濾波器，采用濾波扼流圈和濾波電容組成的差模干擾濾除回路纹坐。由于差模電容的作用枝冀，差模干擾電流將通過電容流回電源線而不流入汽車音響中。但從系統(tǒng)而言耘子，電源導(dǎo)線果漾、汽車音響和地平面（汽車底盤）構(gòu)成了共模噪音信號返回路徑，如圖3 所示：為了降低系統(tǒng)的傳導(dǎo)發(fā)射性能谷誓，要求汽車音響的外殼要有一個(gè)良好的接地位置绒障，降低共模電流或消除共模電流的存在。在CISPR25 的6.1.2 中規(guī)定,如果EUT 的電源返回路徑超過200mm蕾崔，就將作為遠(yuǎn)端接地處理场恬，如果EUT 的電源返回路徑小于等于200mm，就作為近端接地氧蔼，可以忽略共模電流的影響吝寒，降低共模電流引發(fā)的傳導(dǎo)發(fā)射危害性，這就是為什么在汽車音響設(shè)計(jì)中盡可能的確保外殼與整車的底盤有良好的搭接夫蚜。

差模電容使用的類型是陶瓷電容办煞，考慮到其實(shí)際電壓值是額定交流電壓和電磁干擾峰值電壓的疊加值，因此要求差模電容要有足夠高的耐壓值奖卒，一般不低于50VDC均膛。電容容量值可按照所抑制的噪聲電壓頻率下限值來確定，其值越大淘巩，濾波器的插入損耗也就越大。

差模扼流圈通常使用金屬粉壓磁芯（Iron Power Core）努儒，因?yàn)槠涑跏即艑?dǎo)率受頻率影響小遇穷，高頻工作下?lián)p耗大，直流重疊特性好申屹，大電流應(yīng)用時(shí)電感量也不會(huì)大幅度下降绘证，且適用頻率范圍較低。依流過電感的電流值不同哗讥，設(shè)計(jì)中的電感值可以取為幾mH～幾十uH嚷那。

下圖為三種不同的磁芯胞枕，其電感量隨電流的變化的曲線。從圖5 中可以看出：在設(shè)計(jì)汽車音響直流電源濾波器時(shí)魏宽，要根據(jù)工作電流的范圍來選擇合適的扼流圈腐泻。當(dāng)汽車音響的正常工作電流大于3A 時(shí)，若選擇圖中POT 磁芯的扼流圈队询，電感量急劇降低派桩，根本起不到濾波器的效果。

針對汽車供電系統(tǒng)中的瞬態(tài)脈沖噪音蚌斩，一般集中在音頻范圍內(nèi)（20Hz 至20KHz）铆惑，因此，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和PCB Layout 中如何抑制音頻噪音干擾（AFI = Audio Frequency Interference）成為汽車音響設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要性能評估指標(biāo)送膳。理論上,電源濾波器的電感和電容的參數(shù)選的越大员魏，濾波效果越好。但在實(shí)際應(yīng)用中穆烹，容量大的電容一般寄生電感也大乌换，自諧振頻率低，對高頻噪聲的去耦效果差极求，而電感值越大電感的體積也越大祖销，所以在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)權(quán)衡各種因素的影響，確定合適的參數(shù)惹你。在實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計(jì)中夕荆，除了考慮來自汽車供電系統(tǒng)瞬態(tài)噪音的抑制，還要考慮高電壓（Over Voltage）糊扑、大電流(Over Current)添毒，反向電壓(Reverse Voltage)等各種使用條件的分析和保護(hù)電路的設(shè)計(jì)。

4．Over Voltage 和Over Current 設(shè)計(jì)的考慮

在汽車音響電源濾波器設(shè)計(jì)時(shí)樟闽，不僅要考慮各種不同汽車電氣系統(tǒng)瞬態(tài)噪音或脈沖的抑制作用植西，同時(shí)，還要加強(qiáng)Over Voltage笨扁、Over Current和Reverse Voltage等使用情況的發(fā)生宫屠。在GMW3172 － Feb.2007 ：5.2.4 、VW 801 01-2005-06：3.10和3.11滑蚯、ISO 16750-2：4.2中規(guī)定了過壓（Over Voltage）測試的內(nèi)容浪蹂，在 GMW3172－Feb.2007 ：5.2.7、VW 801 01-2005-06：3.12和ISO 16750-2：4.3中規(guī)定了Superimposed Alternating Voltage的測試要求告材。由于普通電源噪聲濾波器對浪涌電壓的抑制能力較差坤次，特別是當(dāng)浪涌電壓上升緩慢且寬度較大時(shí)，容易出現(xiàn)阻抗不匹配，使電感線圈達(dá)到磁飽和缰猴，所以在電源噪聲濾波器輸入端通常增加了一個(gè)壓敏電阻或半導(dǎo)體浪涌電壓抑制管抑制浪涌電壓产艾，保護(hù)汽車音響內(nèi)部電路的正常運(yùn)行。下面滑绒，針對12V汽車供電系統(tǒng)的電源濾波器電路進(jìn)行參數(shù)確定闷堡。

針對該電源濾波器，在Saber 中進(jìn)行濾波效果仿真蹬挤，見下圖7：以此為依據(jù)缚窿，進(jìn)行其他參數(shù)設(shè)計(jì)分析。

a) C9 電容的取值

在允許的情況下锤塘，該電容的容量要求越大越好妨舟，其值很難確切地估算出來。一般情況下伦够，要求取值在l500－3300uf 之間邦叶。電容的耐壓值必須經(jīng)過雷擊浪涌后取值，有殘壓绅厘，其瞬時(shí)值一般在50V／s 時(shí)不損壞尺笼，按二級降額的原則選取，取值在25 V缤纽，頻率特性與電容的取值有關(guān)林下。電容容值越大，低頻濾波特性越好讨绝；電解電容的ESR 越小腋芜，低頻阻抗越低。

b）C1 - C8 電容的取值

在允許的情況下脸学，電容容量的覆蓋范圍越廣越好花炭，這樣，對于高頻的瞬態(tài)干擾脈沖噪音就能夠很好的抑制躲履。一般情況下见间，要求取值在20pf－0.1uf 范圍。電容耐壓值必須能夠承受雷擊浪涌后取值工猜，有殘壓米诉，其瞬時(shí)值一般在100V／S 時(shí)不損壞，按二級降額的原則選取篷帅，取值50 V荒辕，頻率特性與電容的取值有關(guān)，電容值越小犹褒，高頻特性越好。圖9 為3 種電容實(shí)際阻抗隨頻率(100KHz 到500MHz)變換的特征曲線。 為電容理想模型阻抗隨頻率的關(guān)系曲線叠骑。因此李皇，C1－C9 電容一般都是通過電容并聯(lián)來滿足瞬態(tài)干擾脈沖噪音全頻范圍內(nèi)的抑制作用。
 
c) 電感的取值

電感性能的好壞取決于磁芯材料特性宙枷，應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面：

第一掉房，磁芯材料的頻率范圍要寬，要保證最高頻率在100MHz昏个，即在很寬的頻率范圍內(nèi)有比較穩(wěn)定的磁導(dǎo)率蟋扩。

第二，磁導(dǎo)率高乃屈，但是在實(shí)際中很難滿足這一要求南翻，所以，磁導(dǎo)率往往是分段考慮的兼英。磁芯材料一般是鐵氧體绵布。

第三，電感量的估算——考慮阻抗隨頻率變換的特征曲線喳牌。共模扼流圈取值 1.5－5mH肪禾，差模扼流圈取值為 40－100uH;圖12 為理想電感阻抗隨頻率變換的曲線。

d)壓敏電阻的確定

壓敏電阻是電壓敏感器件玲院，當(dāng)加大壓敏電阻兩端的電壓低于額定電壓時(shí)袁羔，它的阻抗幾乎是無窮大，而超過額定值后淡早，電阻值急劇下降挠疲，反應(yīng)時(shí)間為納秒級。壓敏電阻是根據(jù)工作電壓來選擇標(biāo)稱電壓值巧鸭，一般可按使用電壓的1.8 – 2.0 倍關(guān)系來確定標(biāo)稱電壓瓶您。比如：汽車音響正常電源電壓范圍在9V 至16V，則壓敏電阻的標(biāo)稱電壓為 2x16V=32V纲仍。

e) TVS 參數(shù)的確定呀袱，在后面進(jìn)行介紹。

5. 瞬態(tài)傳導(dǎo)干擾的設(shè)計(jì)考慮

在ISO 7637－2:2004郑叠、GMW3100-08.2001:3.2.1.3等標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了沿電源線的電瞬態(tài)傳導(dǎo)的干擾脈沖的抗擾性失效模式夜赵、嚴(yán)重程度和測量，提供了5 種典型脈沖波形乡革，雖然沒有涵蓋所有可能出現(xiàn)在車輛上的各種瞬態(tài)脈沖寇僧，但適用于各種動(dòng)力系統(tǒng)的道路車輛，例如：火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)沸版、壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)嘁傀、電動(dòng)機(jī)兴蒸、混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

1）脈沖1 是模擬電源與感性負(fù)載斷開連接時(shí)所產(chǎn)生的瞬態(tài)現(xiàn)象细办。它影響與感性負(fù)載并聯(lián)的用電裝置间歌，適用于各種DUT 與感性負(fù)載保持直接并聯(lián)的情況。

2) 脈沖2a 模擬由于線束電感的原因认施，使與DUT并聯(lián)的裝置內(nèi)電流突然中斷引起的瞬態(tài)現(xiàn)象鹅址；脈沖2b 模擬直流電機(jī)充當(dāng)發(fā)電機(jī)，在點(diǎn)火開關(guān)斷開時(shí)的瞬態(tài)現(xiàn)象多蜕。

3) 試驗(yàn)脈沖3 模擬由開關(guān)過程引起的瞬態(tài)現(xiàn)象妨谦，這些脈沖的特性受線束的分布電容和分布電感的影響。

4) 試驗(yàn)脈沖4 模擬內(nèi)燃機(jī)的起動(dòng)電機(jī)電路通電時(shí)產(chǎn)生的供電系統(tǒng)電源電壓的降低嘀回，不包括起動(dòng)時(shí)的尖峰電壓显而。

5）試驗(yàn)脈沖5 是模擬拋負(fù)載瞬態(tài)現(xiàn)象，即模擬在斷開電池（虧電狀態(tài)）的同時(shí)楷象，交流發(fā)電機(jī)正在產(chǎn)生充電電流其摘，而發(fā)電機(jī)電路上仍有其它負(fù)載時(shí)產(chǎn)生的瞬態(tài)，拋負(fù)載的幅度取決于斷開電池連接時(shí)烘俱，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁場強(qiáng)的大小均天，拋負(fù)載脈沖寬度主要取決于勵(lì)磁電路的時(shí)間常數(shù)和脈沖幅度。產(chǎn)生拋負(fù)載的可能原因是電纜腐蝕绘辈、接觸不良或發(fā)動(dòng)機(jī)正在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)恢着，有意斷開與電池的連接。大多數(shù)新型交流發(fā)電機(jī)內(nèi)部财破，由于增加限幅二極管而抑制了拋負(fù)載幅度掰派。具有非集中拋負(fù)載抑制的交流發(fā)電機(jī)的脈沖波形（脈沖5a）及仿真，具有集中拋負(fù)載抑制的交流發(fā)電機(jī)的脈沖波形（脈沖5b）左痢。

在汽車音響產(chǎn)品設(shè)計(jì)滿足Over Voltage靡羡、反向電壓測試和進(jìn)行Pulse 5 拋負(fù)載瞬態(tài)脈沖設(shè)計(jì)考慮中，TVS 二極管在整個(gè)電源濾波器中扮演著重要角色俊性，如何選擇適合的TVS（硅瞬態(tài)電壓吸收二極管 Silicon Transient Voltage Suppressor）是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵略步。下面，針對TVS 二極管進(jìn)行簡單介紹定页，建立TVS 在Pulse 5 雙指數(shù)脈沖波形能量累積的MathCAD模型并進(jìn)行仿真分析趟薄。

TVS 二極管是十分有效的瞬態(tài)干擾抑制器件，當(dāng)其兩極受到反向瞬態(tài)高能量沖擊時(shí)典徊，它能以10 – 12 ns 量級的速度杭煎，將兩極間的高阻抗變?yōu)榈妥杩梗崭哌_(dá)數(shù)千瓦的浪涌功率卒落，使兩極間的電壓箝位于一個(gè)預(yù)定值（一般小于2 倍額定工作電壓）枝徙，有效地保護(hù)電子電路中的精密元器件免受各種浪涌脈沖的破壞檬撒。

TVS 對浪涌功率和浪涌電流的吸收能力取決于PN 結(jié)的面積，峰值脈沖功率（Pp）的吸收能力可以達(dá)到數(shù)千瓦东呻。早期的器件用10/1000us 波形來考核南谈，現(xiàn)在通常采用8/20us 的波形進(jìn)行定義。TVS 的吸收峰值脈沖功率（Pp）是由TVS 上的箝位電壓和流過TVS 的沖擊電流的峰值乘積來確定的草吠。要注意的是：TVS 的最大箝位電壓與TVS 的擊穿電壓（轉(zhuǎn)折電壓）不是一回事，最大箝位電壓大約是擊穿電壓的1.4 – 1.5 倍殷缝，這也表明TVS 有一定的動(dòng)態(tài)電阻燎隅。

實(shí)際的TVS 瞬變干擾限定電壓可以用下式表達(dá)：

Uo = (IP/IPP)(UCMAX – UBR) + UBR

式中： IP 是實(shí)際的脈沖電流值
IPP是額定的最大脈沖電流
UCMAX 是產(chǎn)品規(guī)定的最大箝位電壓
UBR 是擊穿電壓

在ISO7637－2：2004附錄E（脈沖發(fā)生器能量容量的確定）中，介紹了計(jì)算由脈沖發(fā)生器傳遞到匹配電阻（電阻性負(fù)載RL）上的脈沖能量的數(shù)學(xué)模型蝇盖， 如下圖23：

上式中：
UO —— 開路輸出電壓
Ri —— 脈沖發(fā)生器的電源內(nèi)阻
RL —— 脈沖發(fā)生器的負(fù)載電阻
Td —— 0.1Us 至0.1Us 的脈沖寬度
I (t) —— 電流波形函數(shù)
U (t) —— 電壓波形函數(shù)
We —— 單脈沖的能量容量

基于上述雙指數(shù)脈沖波形能量計(jì)算數(shù)學(xué)模型扁奔，在MathCAD 中進(jìn)行仿真，可以得到TVSTPSMC36A 拋負(fù)載測試（Pulse 5）的浪涌功率吸收的仿真結(jié)果虎资，見圖24暖谚。它能滿足GMW3100 中Pulse 5B（Vs + Vr = 46V）的設(shè)計(jì)要求，但達(dá)不到ISO7637-2 中Pulse 5A（Vs + Vr = 100V）的設(shè)計(jì)要求卷雕。

如果產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求一定通過Pulse5 脈沖节猿，可以更換大功率的TVS 二極管或者將兩個(gè)或多個(gè)TVS 串/并聯(lián)起來解決高電壓和大功率的要求。將TVS 串聯(lián)可以獲得更高的限定電壓值漫雕，只是等效TVS 的最大吸收電流取決于串連TVS 中Ip 最低的一個(gè)值滨嘱。將TVS 并聯(lián)可以獲得更高的限定電流值，只是等效TVS 的最大脈沖電壓取決于并聯(lián)TVS 中VRSM 最低的一個(gè)值浸间。中的D1 換成同系列的TPSMC20A TVS 管太雨，分別采用4 個(gè)和5 個(gè)并聯(lián)使用，均能夠滿足Pulse 5a 的要求魁蒜，參見Saber 和MathCAD 的仿真結(jié)果囊扳，見圖26。從圖26 中可以發(fā)現(xiàn)：4 個(gè)TVS 并聯(lián)處于設(shè)計(jì)邊緣兜看，風(fēng)險(xiǎn)比較高锥咸，5 個(gè)并聯(lián)則有設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)低。采用4 或5 個(gè)TVS 管铣减，在PCB Layout 中占有的空間比較大她君，若空間有限，可以選用單個(gè)TVS 具有高功率的器件來滿足設(shè)計(jì)要求葫哗。

6 總結(jié)

1）汽車的電氣系統(tǒng)分為供電系統(tǒng)和用電設(shè)備兩部分狈合，具有低壓、直流和單線制供電特點(diǎn)笤吵；
2）汽車電源系統(tǒng)中產(chǎn)生各種各樣的瞬態(tài)脈沖電流捏描，它是汽車用電設(shè)備的傳導(dǎo)噪音源更扰；
3）直流電源濾波器主要有π 形、T 形和L 形等四種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)肘蜘，不管采用哪一種網(wǎng)絡(luò)形式装呢，都要最大程度地滿足阻抗失配設(shè)計(jì)原則；
4）汽車供電系統(tǒng)中的瞬態(tài)脈沖噪音讽空，一般集中在音頻范圍內(nèi)（20Hz 至20KHz）乌烫，在汽車音響直流濾波器設(shè)計(jì)中要重點(diǎn)評估扼流圈和電容等器件的選擇是否有效地抑制音頻噪音干擾（AFI = Audio Frequency Interference）；
5）Over Voltage楞盼、Over Current忍症、Reverse Voltage 和ISO7637－2 中的各種瞬態(tài)脈沖等都是汽車音響直流濾波器設(shè)計(jì)過程中的重要考慮參數(shù)；
6）TVS 二極管在整個(gè)直流電源濾波器中扮演著重要角色锄镜，如何選擇適合的TVS 是解決汽車音響能否通過Over Voltage稽及、反向電壓測試和Pulse 5 拋負(fù)載瞬態(tài)脈沖測試的關(guān)鍵；
7）Saber 和MathCAD 是進(jìn)行電源濾波器設(shè)計(jì)電路仿真的有效快捷工具滑频。

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