汽车电子ISO7637-2 脉冲波形研究
2019-09-11李销马齐成林积涵
李销，马齐成，林积涵
（广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院，广东 广州 511434）
1 前言
汽车的供电系统由汽车发电机和蓄电池构成，同时汽车起动机作为汽车发动的主要部件也是与供电系统相连的。蓄电池在汽车启动时为起动机提供电力，旋转的起动机拖动发动机旋转，帮助发动机正常启动。在发动机启动以后起动机与发动机脱离开，并与供电系统脱离。发动机运转带动发电机运行，并对蓄电池进行充电，与蓄电池一起对车上所有的电子电气模块供电；当汽车引擎不工作时，由蓄电池对车上所有的电子电气模块供电。汽车供电系统的整个网络都可能产生正常或者异常的关断，在实际测试中必须考虑到用电设备的各种可能出现的情况，故需要模拟这些情况，iso7637-2脉冲就是针对这部分做测试。
图1
2 脉冲详述
2.1 脉冲1
2.1.1 电路等效模型
该脉冲是模拟车上感性负载（如电动座椅马达以及车窗和座椅的加热系统）与电源断开连接时，与它并联的被测设备电源端所产生的瞬态现象。脉冲1 发生在开关断开时，由于电感需要维持原来的电流，因此会对和其电源端产生较大幅度的负脉冲波形。脉冲1 在实际车正常行驶过程中是不会出现，在实际的实验过程中满足等级C 的要求即可，允许初始化的过程，记忆功能保持A。
图2
2.1.2 实验的基本要求
脉冲1 的主要能量集中在Td=2ms 的主要时间内，且脉冲上升速度快，属于中等速度和中等能量的脉冲，对电子模块会导致功能干扰导致误动作和器件破坏两方面的作用。由于是负脉冲，一般的反接保护和大电容往往能对电路进行直接的保护。
图3
表1
2.2 脉冲2
2.2.1 脉冲2a 电路等效模型
图3
脉冲2a 是模拟在线束电感的作用下，与模块并联的装置内突然断开所引起的瞬态现象，它可以是保险丝熔断，异常关断等，此时电感需要维持本身的电压就产生了一个幅度较高的正脉冲电压给到DUT。这个脉冲也存在于正常工作条件下，如空调和车窗等，因此需要模块在实验过程中仍旧处在正常工作状态，所以工作要求等级A。
2.2.2 脉冲2a 波形参数
由于线束的电感量较小，所以该脉冲的幅度不高、前沿较快、宽度较小和内阻较小。在整ISO7637-2 标准里属于速度偏快和能量较小的脉冲干扰。脉冲2a 的上升时间为1us，持续时间为0.05ms，由于内阻较小为2Ω，可产生的电流较大。它属于速度偏快、能量较小的脉冲干扰，对器件有一定的破坏作用。
图4
2.3 脉冲2b
2.3.1 脉冲2b 电路等效模型
脉冲2b 是感性电动机充电发电机在正常运转的情况下，点火开关突然断开，产生的负向脉冲的瞬态现象。
图5
2.3.2 脉冲2b 波形参数
图6
这是一个电压不高、前沿较缓、宽度很大和内阻很小的脉冲。在整个ISO7637-2 标准里属于低速和高能量的脉冲干扰，着重考核对设备的破坏性。P2b 脉冲的这个作用与P5 有点相似，但电压较低，脉冲更宽。
2.4 脉冲3
2.4.1 电路等效模型
脉冲3 分为负脉冲3a 和正脉冲3b。在车内继电器、固态开关和汽车本身开关闭合的过程中，由于线束的分布电容和分布电感的影响，使得电源端会产生大量的浪涌脉冲。脉冲3 是叠加在整车电压下的瞬态脉冲，因此对于此脉冲来说，模块仍旧需要正常工作。脉冲3a 和3b 在行车过程是经常出现的，所以，需要保证满足等级A 的要求。
图7
2.4.2 波形参数
由于线束分布电容和电感的值通常都很小，持续时间为100us，上升时间为5ns。它是一系列高速、低能量的小脉冲，通常会引起模块内部的逻辑功能产生误动作。
脉冲3a 的波形参数如下图：
图8
脉冲3b 的波形参数如下图：
图9
2.5 脉冲4
2.5.1 电路等效模型
脉冲4 是模拟汽车启动或大负载电路通电时，由于电流需求很大（可以达到100A 以上），使得整个电池电压降低。此类脉冲在汽车发动点火的过程中会发现，行车过程不会出现，所以一般要求等级C，允许样机重新初始化。
图10
2.5.2 波形参数
脉冲4 主要验证当负载通电时需求一个很大的电流，产生很大的电压跌落，判断该过程中可能产生误动作情况。DUT 内部MCU 有可能会出现数据丢失和程序紊乱。这种波形出现的现实情况是：在启动引擎时，特别是在寒冷的天气、电池没有充满的情况下，机油变的非常粘稠，引擎需要提供更大的动力才能开启。因此，启动过程中需要电池提供更大的电流，较大的电流负载会导致电源电压产生较大的跌落脉冲。
图11
2.6 脉冲5
2.6.1 电路等效模型
脉冲5 是模拟抛负载瞬态现象。当交流电机转动充当放电机给电池及其他电子负载供电时，电池突然断开，即相当发电机负载突然变小，但发电机功率输出依旧（需反应时间）为电池未断开时的功率，多余的电池功率需要其他负载分担，即产生了脉冲5 波形。 此类脉冲会出现在车上电池螺丝没有锁紧的情况，实车一般要求满足等级C。抛负载的幅度取决于断开电池连接时，发电机的转速和发电机的励磁场强的大小。抛负载脉冲宽度主要取决于励磁电路的时间常数和脉冲幅度。大多数新型交流发电机内部，抛负载幅度由于增加了限幅二极管而受到抑制（钳位）。受到钳位后而产生的脉冲波形称之为脉冲5b。
图12
该波形会比脉冲5a 的能量小很多。
2.6.2 波形参数
图13
脉冲5 属于能量比较大的脉冲，除了考验电子模块在浪涌脉冲的作用下的抗干扰能力外，事实上很大程度也对内部的器件构成了很大的威胁。
3 结束语
本文详细介绍了ISO7637-2 的各种脉冲波形形成机理的等效模型及波形参数，同时也列举了一些更贴近汽车实际使用情况下出现与该脉冲相关的情况，为广大ISO7637-2 脉冲实验者或者方案整改提供一些理论依据。
