一文读懂汽车电源系统电路设计

汽车电源系统是由交流发电机、电压调节器、蓄电池等组成，结构见图1一1。电源系统的作用是供给全车用电设备的电力需要，其中蓄电池主要用于发动机起动时短时间内向起动机及点火系统供电：发动机正常工作时则由发电机向全车用电设备供电，同时剩余的电力向蓄电池充电，保证蓄电池拥有足够的电力;电压调节器在发电机上保证其输出的电压稳定在一定范围内，防止因电压起伏过大而烧毁用电设备。

汽车电源异常现象可分为启动脉冲、爬坡特性、叠加交流电压、过电压现象、电压中断、抛负载等。

启动脉冲：当发动引擎时，首先通过蓄电池供电（Us），由于起动机的短大电流和发动机机件阻力较大（建立扭矩的过程），加之蓄电池因低温化学反应活性下降，会造成供电电压在很短时间（tf）内明显下降，温度越低，蓄电池越旧，电压（Us6）下降的幅度就越大；当建立扭矩后，起动机开始转动，并克服初始机械阻力，电机可以处于短期（t6）超载状态，

此时电流最大，供电电压最低，最低可为 3V；当机械系统转动起来，起动机带动引擎转速逐步提升，在此期间（t7），起动机的电流开始减少，电压开始恢复到 UA；t8段描述了发动机点火前的供电条件，在 UA上叠加了一个几 Hz 的正弦波，用以模拟引擎在点火前因气缸压缩产生的阻力扭矩；当引擎转速逐渐提高，发电机出力渐增，随之逐缸点火，后经历 tr后，起动机退出工作，系统电压恢复。

爬坡特性：在 ISO 16750-2 中，该试验模拟蓄电池逐渐放电和充电条件下，EUT 的承受能力。该特性持续的时间基本上都比较长，其电压变化是连续而缓慢的，并且电压的变化呈直线变化。供电电压缓降是模拟诸如在长期不使用车辆时由内置设备（时钟）带来的电池逐渐放电现象；供电电压缓升是连接车载充电会带来电池的缓慢充电。

叠加交流电压：ISO 16750-2 规定的叠加交流电压试验是为了模拟直流供电下的纹波电压对 EUT 的承受能力。汽车运转时，发电机和蓄电池并联，同时向各种用电器供电。发电机的主要作用在于向蓄电池充电，其输出是带有交流纹波分量的，同时像大功率的音频设备，也会给并联的设备带来交流电压分量。这些叠加电压波形在大多情况下为正弦波，但是在一些车厂标准中规定为阻尼振荡波（Renault 36.00.400/C）、 三 角 波（VOLVO STD 515-0003）等。ISO 16750-2 标准中的主要参数见图 3 和表 4，可以根据 EUT 在车辆安装中的位置，选择不同的严酷等级。

过电压现象：ISO 16750-2 规定的过电压试验是为了模拟因发动机调节器失效，引起发电机输出异常电压时，EUT 的承受能力。在 ISO 16750-2 中，过电压可分为 T=（Tmax-20K）

条件试验和室温条件试验。T=（Tmax-20K）条件试验主要是为了模拟当发动机调节器失效引起的发电机输出电压上升到高于正常电压且处于一定环境温度的现象，室温条件试验是为了模拟辅助启动现象。过电压的试验要求详见图 4 和表 5。

电压中断： 在 ISO 16750-2 中主要包括供电电压瞬时下降和对电压骤降的复位性能两个试验。供电电压瞬时中断主要是为了模拟常规熔断器元件在另一电路熔化的现象，见图 5。在这个试验中，要求试验脉冲的上升和下降时间≤ 10ms，EUT 试验要求达到 B。对电压骤降的复位性能试验用于验证被测设备在不同电压中断情况下的复位能力，波形见图 6。该试验适用于具有复位功能的被测设备（例如：带有微控制器的设备）

抛负载： 抛负载是指发电机供电系统中，因瞬时卸载而在发电机端产生的远大于供电电压的瞬时脉冲，一般发生在发电机满载运行或充电状态，蓄电池连线突然断开产生的抛负载现象，瞬间电压峰值可达额定供电电压的 5~10倍。由于电子设备在车上的应用越来越多，车辆生产商和零部件供应商也对抛负载试验做了很多研究和尝试，积累了许多有效抑制抛负载的经验。在 ISO 16750-2 中分为两类：无集中抑制（试验 A 适用）和有集中抑制（试验 B 适用），试验波形见图 7。无集中抛负载抑制的 EUT，其电路中必须自备抛负载抑制的功能电路和措施，一般可采用开关器件或晶体管和可控硅组成的保护电路进行分流调节的方式，例如雪崩二极管、TVS 管等；也可以采用具有集成电路管理电源或线性稳压的方式。集中抛负载抑制通常通过交流发电机内部钳位电路实现，从而吸收脉冲的能量。

本人，擅长MATLAB/SIMULINK软件，有十多年的经验，做过大量的项目以及课题；涵盖控制辨识，金融，机电液，图像处理识别，数据处理可视化，数字信号处理等领域。