LTspice：ISO 7637-2和ISO 16750-2瞬变模型

在汽车产品设计阶段的早期仿真ISO 7637-2和ISO 16750-2瞬变，可以查明在电磁兼容性（EMC）测试期间可能发现的问题。如果产品未通过EMC测试，则需要修改硬件，项目进度受到影响，并且在新硬件上重复测试会产生额外的成本。花费几分钟或几小时来仿真LTspice中的保护电路有助于避免由于EMC故障而导致昂贵的硬件重新旋转。

ISO 7637-2 和 ISO 16750-2 是设计汽车电子产品的工程师遇到的最常见规范。这两个规范描述了潜在的破坏性瞬变和推荐的测试程序，以确保电子设备得到适当的保护。

对于 ISO 16750-2 和 ISO 7637-2 规范中的每个瞬态条件，建议使用“等级”操作，其中“A 级”是最严格的要求，“E 级”是最不严格的要求。ISO 16750-1：2006 规范中提供了 A 类到 E 类的定义，并且为了便于参考，它们也包含在本文档的末尾。

模拟瞬态

在设计阶段的早期仿真ISO 7637-2和ISO 16750-2瞬变，可以在ISO 7637-2和ISO 16750-2测试期间导致代价高昂的故障之前突出潜在问题。LTspice中的ISO16750-2和ISO7637-2符号通过提供一套几乎完整的ISO 7637-2和ISO 16750-2瞬变来简化这项任务。

在LTspice原理图中使用这些符号时，可以通过右键单击符号，然后双击“SpiceModel”字段以打开如下所示的下拉菜单来选择测试条件。

由于采用 12V 电源和 24V 电源供电的设备要求不同，因此每种电源都提供了单独的型号。对应于12V电源的型号名称中带有“_12V”，对应于24V电源的型号名称中带有“_24V”。.

由于许多汽车制造商维护自己的独立于国际标准化组织的规范，因此这些符号已使用允许通过“值”字段进行自定义的参数创建，如下所示。以下各节将介绍每个波形的参数。

对于以下所有条件，都有一个 t0 参数，用于定义何时应用条件。它不是 ISO 7637-2 或 ISO 16750-2 规范的一部分;它仅用于LTspice模型。

ISO 7637-2：2011 脉冲 1

脉冲 1 描述了与电源的连接中断时，与感性负载并联的电子设备观察到的负瞬态。

 

参数	ISO 7637-2： 2011 标称 12V	ISO7637-2： 脉冲1 12V （LTspice 默认）	ISO 7637-2： 2011 标称 24V	ISO7637-2： 脉冲1 24V （LTspice 默认）
UA （V）	13.5±0.5	13.5	27±0.5	27
我们 （V）	–75 至 –150	–150	–300 至 –600	–600
里 （Ω）	10	10	50	50
道明 （S）	2米	2米	1米	1米
TR （S）	0.5u 至 1u	1U	1.5u 至 3u	3U
T1 （秒）	>0.5	0.5	>0.5	0.5
T2 （秒）	200米	200米	200米	200米
T3 （秒）	<100u	707	<100u	707
T0 （秒）		1米		1米

 

要求：脉冲 1 必须至少重复 500 次。A 类到 E 类操作由车辆制造商和设备供应商协商。由于在测试过程中有效地断开了电源，因此如果设备在重新接通电源后在没有用户干预的情况下恢复正常运行，则通常将其定义为A类。

ISO 7637-2 脉冲 1 示例电路

ISO 7637-2：2011 脉冲 2a

脉冲2a描述了当电流中断到与被测电子器件并联的电路时可能发生的正电压尖峰。如果线束中积聚电流，当设备突然停止吸收电流时，线束电感中存储的能量可能会导致电压尖峰。该正尖峰的能量受到串联电阻的限制。

 

参数	ISO 7637-2： 2011 标称 12V	ISO7637-2： 脉冲2a 12V （LTspice 默认）	ISO 7637-2： 2011 标称 24V	ISO7637-2： 脉冲2a 24V （LTspice 默认）
UA （V）	13.5±0.5	13.5	27±0.5	27
我们 （V）	+37 至 +112	112	+37 至 +112	112
里 （Ω）	2	2	2	2
道明 （S）	0.05米	0.05米	0.05米	0.05米
TR （S）	0.5u 至 1u	1U	0.5u 至 1u	1U
T1 （秒）	0.2 到 5	0.2	0.2 到 5	0.2
T0 （秒）		1米		1米

 

要求：脉冲2a必须至少重复500次。A 类到 E 类操作由车辆制造商和设备供应商协商，通常为 A 类。

ISO 7637-2：脉冲2a示例电路

ISO 7637-2：2011 脉冲 2b

脉冲 2b 定义了当点火开关关闭且直流电机充当发电机时发生的情况。例如，如果加热器在驾驶员关闭汽车时正在运行，则鼓风机电机可以在系统旋转时短时间内为系统提供直流电源。

 

参数	ISO 7637-2： 2011 标称 12V	ISO7637-2： 脉冲2b 12V （LTspice 默认）	ISO 7637-2： 2011 标称 24V	ISO7637-2： 脉冲2b 24V （LTspice 默认）
UA （V）	13.5±0.5	13.5	27±0.5	27
我们 （V）	10	10	20	20
里 （Ω）	0 至 0.05	0.05	0 至 0.05	0.05
道明 （S）	0.2 到 2	0.2	0.2 到 2	0.2
T12 （秒）	1米±0.5米	1米	1米±0.5米	1米
TR （S）	1米±0.5米	1米	1米±0.5米	1米
T6 （秒）	1米±0.5米	1米	1米±0.5米	1米
特雷普 （S）	0.5 到 5	5	0.5 到 5	5
吨 （s）		1		1
T0 （秒）		1米		1米

 

要求：脉冲2b必须至少重复10次。A 类到 E 类操作由车辆制造商和设备供应商协商。由于在测试过程中有效地断开了电源，因此如果设备在重新接通电源后在没有用户干预的情况下恢复正常运行，则通常将其定义为A类。

ISO 7637-2：脉冲2b示例电路

ISO 7637-2：2011 脉冲 3a

脉冲 3a 定义了开关过程（包括开关和继电器之间的电弧）可能产生的负尖峰。对于此规格，能量受50Ω串联电阻的限制。

 

参数	ISO 7637-2： 2011 标称 12V	ISO7637-2： 脉冲3a 12V （LTspice 默认）	ISO 7637-2： 2011 标称 24V	ISO7637-2： 脉冲3a 24V （LTspice 默认）
UA （V）	13.5±0.5	13.5	27±0.5	27
我们 （V）	–150 至 –300	–300	–112 至 –220	–220
里 （Ω）	50	50	50	50
道明 （S）	150N±45N	150n	150N±45N	150n
TR （S）	5N±1.5N	5n	5N±1.5N	5n
T1 （秒）	100U	100U	100U	100U
T4 （秒）	10米	10米	10米	10米
T5 （秒）	90米	90米	90米	90米
T0 （秒）		1米		1米

 

要求：脉冲3a应重复使用一小时。A 类到 E 类操作由车辆制造商和设备供应商协商，通常为 A 类。

ISO 7637-2：脉冲3a示例电路

ISO 7637-2：2011 脉冲 3b

脉冲 3b 定义了开关过程（包括开关和继电器之间的电弧）可能产生的正尖峰。对于此规格，能量受50Ω串联电阻的限制。

 

参数	ISO 7637-2： 2011 标称 12V	ISO7637-2： 脉冲3b 12V （LTspice 默认）	ISO 7637-2： 2011 标称 24V	ISO7637-2： 脉冲3b 24V （LTspice 默认）
UA （V）	13.5±0.5	13.5	27±0.5	27
我们 （V）	+75 至 +150	150	+150 至 +300	300
里 （Ω）	50	50	50	50
道明 （S）	150N±45N	150n	150N±45N	150n
TR （S）	5N±1.5N	5n	5N±1.5N	5n
T1 （秒）	100U	100U	100U	100U
T4 （秒）	10米	10米	10米	10米
T5 （秒）	90米	90米	90米	90米
T0 （秒）		1米		1米

 

要求：脉冲3b应重复使用一小时。A 类到 E 类操作由车辆制造商和设备供应商协商，通常为 A 类。

ISO 7637-2：脉冲3b示例电路

ISO 16750-2：2012 §4.2 直流电源电压

ISO 16750-2 第 4.2 节定义了最小和最大电源电压。该规范定义了最小电源电压的多个“代码”，车辆制造商和设备供应商之间协商适当的电源电压代码。该模型没有提供LTspice模型，因为它只是一个恒定电压，但下面列出了条件，以便于参考。

 

带宽	ISO 16750-2： 2012 标称 12V	ISO 16750-2： 2012 标称 24V
最大（V）	代码 A：6V 代码 B：8V 代码 C：9V 代码 D：10.5V	代码 E：10V 代码 F：16V 代码 G：22V 代码 H：18V
Usmax （V）	16	32

 

要求：A级（连续运行）。

ISO 16750-2：2012 §4.3 过电压

ISO 16750-2 第 4.3 节描述了“过压”要求。第一个要求持续60分钟，模拟稳压器失效的情况。对于 12V 系统，施加 18V;对于 24V 系统，采用 36V。根据应用的不同，在执行测试时，设备可能不需要正常运行，但在消除测试条件后必须恢复正常运行。第二个测试条件仅适用于 12V 系统，并模拟施加 24V 时跨接启动 60 秒。同样，在测试过程中，设备可能不需要正常运行。

没有为这种情况提供LTspice模型，因为它只是一个电压源。

要求：请参阅 ISO 16750-2：2012 规范。

ISO 16750-2：2012 §4.4 叠加交流电压

第4.4节提供了“模拟直流电源上的剩余交流电”的测试条件。在此测试中，串联阻抗在50mΩ和100mΩ之间的交流电压从50Hz多次扫描至25kHz。电压的上限对于12V系统为16V，对于24V系统为32V。峰峰值电压由下面列出的“严重性级别”定义，频率在 10 分钟内以对数三角形扫描五次。

 

参数	ISO 16750-2： 2012 标称 12V	ISO16750-2：4-4 12V 叠加 交流电压 （LTspice 默认）	ISO 16750-2： 2012 标称 24V	ISO16750-2： 4-4 24V 叠加 交流电压 （LTspice 默认）
乌马克斯 （V）	16	16	32	32
乌普 （V）	严重性 1：1V 严重性 2：4V 严重性 3：不适用 严重性 4：2V	4	严重性 1：1V 严重性 2：4V 严重性 3：10V 严重性 4：不适用	10
里 （Ω）	50米至100米	50米	50米至100米	50米

 

要求：A类

ISO16750-2：4-4叠加交流电压示例电路

ISO 16750-2：2012 §4.5 电源电压的缓慢降低和增加

第4.5节“电源电压的缓慢降低和增加”模拟电池缓慢放电然后充电。测试从Usmin的电源电压（最小电源电压）开始，然后以0.5V/分钟的速率放电至0V。达到0V后，电源以相同的速率返回Usmin。

在ISO 16750-2中，最小电源电压Usmin由规范第4.2节中的代码A至代码E标识。下面复制了这些代码，以便于参考。

显然，没有必要连续运行，但此测试验证硬件不会出现故障。

 

参数	ISO 16750-2：2012 标称 12V	ISO16750-2：4-5 12V 电源电压缓慢 降低 和增加 （LTspice 默认）	ISO 16750-2：2012 标称 24V	ISO16750-2：4-5 24V 电源电压缓慢 降低 和增加 （LTspice 默认）
乌斯敏 （V）	代码 A：6V 代码 B：8V 代码 C：9V 代码 D：10.5V	6	代码 E：10V 代码 F：16V 代码 G：22V 代码 H：18V	10
T0 （秒）		1米		1米

 

要求：请参阅 ISO 16750-2：2012 规范。

ISO16750-2：4-5电源电压缓慢降低和增加示例电路

ISO 16750-2：2012 §4.6.1 电源电压的不连续性

第 4.6.1 节“电源电压的不连续性”试图模拟另一个电路中的故障，该故障导致电源骤降，直到另一个电路的保险丝熔断。在该测试中，电源从最小电源电压Usmin开始，然后下降100ms，最后恢复到Usmin。下降和恢复的上升时间和下降时间都快于10ms。对于 12V 系统，电源电压降至 4.5V，对于 24V 系统，电源电压降至 9V。

在ISO 16750-2中，最小电源电压Usmin由规范第4.2节中的代码A至代码E标识。下面复制了这些代码，以便于参考。

在仿真中，电源在仿真的10秒时间点下降。

 

参数	ISO 16750-2：2012 标称 12V	ISO16750-2：4-6-1 12V 瞬时压降 （LTspice 默认）	ISO 16750-2：2012 标称 24V	ISO16750-2：4-6-1 24V 瞬时压降 （LTspice 默认）
乌斯敏 （V）	代码 A：6V 代码 B：8V 代码 C：9V 代码 D：10.5V	6	代码 E：10V 代码 F：16V 代码 G：22V 代码 H：18V	10

 

要求：B类。车辆制造商和设备供应商可能同意允许重置。

ISO16750-2：4-6-1 12V瞬时压降示例电路

ISO 16750-2：2012 §4.6.2 压降时的复位行为

第 4.6.2 节“压降时的复位行为”规定了一系列 5 秒的电源骤降，每个脉冲的电压低于前一个脉冲。目的是验证器件在电源骤降后是否正确复位。在测试期间，每次 5 秒的下跌都比前一次低 5%，并且在每次下跌之间至少恢复到 Usmin 10 秒。

在ISO 16750-2中，最小电源电压Usmin由规范第4.2节中的代码A至代码E标识。下面复制了这些代码，以便于参考。

 

参数	ISO 16750-2：2012 标称 12V	ISO16750-2：4-6-2 12V 电压降复 位行为 （LTspice 默认）	ISO 16750-2：2012 标称 24V	ISO16750-2： 4-6-2 压降时的 24V 复位行为 （LTspice 默认）
乌斯敏 （V）	代码 A：6V 代码 B：8V 代码 C：9V 代码 D：10.5V	6	代码 E：10V 代码 F：16V 代码 G：22V 代码 H：18V	10

 

要求：C类。

ISO 16750-2：2012 §4.6.3 启动配置文件

第 4.6.3 节指定了代表车辆启动配置文件的波形。它应用于被测试的设备 10 次。所需的确切电压和持续时间取决于所需的 I、II、III 或 IV 级，具体取决于应用。

 

参数	ISO 16750-2：2012 标称 12V	ISO16750-2： 4-6-3 12V 启动配置文件 （LTspice 默认）	ISO 16750-2：2012 标称 24V	ISO16750-2： 4-6-3 24V 焦油型材 （LTspice 默认）
Ub （V）	12±0.2	12	24±0.2	24
美国6 （V）	一级：8V II级：4.5V 三级：3V 四级：6V	6	一级：10V 二级：8V 三级：6V	6
我们 （V）	一级：9.5V II级：6.5V 三级：5V IV级：6.5V	6.5	一级：20V II级：15V 三级：10V	10
TF （s）	5米±0.5米	5米	10米±1米	10米
T6 （秒）	15米±1.5米	15米	50米±5米	50米
T7 （秒）	50米±5米	50米	50米±5米	50米
T8 （秒）	一级：1000米±100米 二级：10000米±1000米 三级：1000米±100米 四级：10000米±1000米	10000米	一级：1000米±100米 二级：10000米±1000米 三级：1000米±100米	1000米
TR （S）	一级：40米±4米 二级：100米±10米 三级：100米±10米 四层：100米±10米	100米	一级：40米±4米 二级：100米±10米 三级：40米±10米	40米
里 （Ω）		10米		10米
T0 （秒）		1		1米

 

要求：请参阅 ISO 16750-2：2012 规范。

ISO 16750-2：2012 §4.6.4 无集中式抛负载抑制的抛负载 – 测试 A

第 4.6.4.2.2 节“试验 A – 无集中抛负载抑制”规定了交流发电机为电池充电且电池连接断开时发生的瞬态。“无集中抛负载抑制”表示交流发电机不包含箝位二极管。对于带箝位二极管的交流发电机，请改用测试 B。如果您不熟悉这种区别，请参阅文章中的更详细说明：

低静态电流浪涌抑制器：符合 ISO 7637-2 和 ISO 16750-2 标准的可靠汽车电源保护

 

参数	ISO 16750-2：2012 标称 12V	ISO16750-2： 4-6-4 12V 无抑制抛负载   TestA （LTspice Default）	ISO 16750-2：2012 标称 24V	ISO16750-2： 4-6-4 24V 抛负载无 抑制 TestA （LTspice Default）
UA （V）	14±0.2	14	28±0.2	28
我们 （V）	79 到 101	101	151 到 202	202
里 （Ω）	0.5 到 4	0.5	1 到 8	1
道明 （S）	40米至400米		100米至350米
TR （S）	5米至10米		5米至10米
T0 （秒）		1		1

 

要求：每 1 分钟进行 10 次脉冲。C类。

16750-2：2012 §4.6.4 具有集中式抛负载抑制的抛负载 – 测试 B

第 4.6.4.2.2 节“测试 B – 具有集中抛负载抑制”规定了交流发电机为电池充电且电池连接断开时发生的瞬态。“具有集中抛负载抑制功能”表示交流发电机包含箝位二极管。对于不带钳位二极管的交流发电机，请改用测试 A。如果您不熟悉这种区别，请参阅文章中的更详细说明：

低静态电流浪涌抑制器：符合 ISO 7637-2 和 ISO 16750-2 标准的可靠汽车电源保护

 

参数	ISO 16750-2：2012 标称 12V	ISO16750-2：带抑制功能的4-6-4 12V 抛负载 测试 B （LTspice 默认值）	ISO 16750-2：2012 标称 24V	ISO16750-2： 4-6-4 带抑制功能的 24V 抛负载 测试 B （LTspice 默认值）
UA （V）	14±0.2	14	28±0.2	28
我们 （V）	79 到 101	101	151 到 202	202
夹具 （V）	35	35	（典型值为 58）	58
里 （Ω）	0.5 到 4	0.5	1 到 8	1
道明 （S）	40米至400米		100米至350米
TR （S）	5米至10米		5米至10米
T0 （秒）		1		1

 

要求：每 1 分钟进行 5 次脉冲。C类。

ISO 16750-2：2012 §4.7 反向电压

ISO 16750-2的第4.7节描述了“反向电压”或大多数汽车工程师简称为“反向电池”。如您所料，这涵盖了人为错误场景，即有人连接极性反转的电池。此处模拟了“案例2”，它要求在所有输入端施加反向测试电压60秒，以确保系统正常运行而不会损坏。

ISO 16750-2 也允许对 12V 系统使用替代测试条件“案例 1”，前提是没有与交流发电机串联的保险丝，并且交流发电机的整流二极管通过传导反向连接电池提供的大量电流来限制电压。使用情况1时，施加4V反向电压60秒。

 

参数	ISO 16750-2：2012 标称 12V	ISO16750-2： 4-7 12V 反向电压外壳2 （LTspice 默认）	ISO 16750-2：2012 标称 24V	ISO16750-2： 4-7 24V 反向电压案例2 （LTspice 默认）
UA （V）	14	14	28	28

 

要求：更换熔断保险丝后为 A 级。

ISO 16750-2：2012 §4.9 开路测试

第 4.9 节介绍了“线路中断”测试，并描述了确保设备在断开连接然后恢复后恢复正常运行的过程。在此测试期间，电路打开 10 秒，然后恢复。第 4.9 节还包括此处未涵盖的“多线路中断”要求。

 

参数	ISO 16750-2：2012 标称 12V	ISO16750-2： 4-9-1 12V 单线中断 （LTspice 默认）	ISO 16750-2：2012 标称 24V	ISO16750-2： 4-9-1 24V 单线中断 （LTspice 默认）
UA （V）	14	14	28	28
T0 （秒）		1		1

 

要求：C类。

ISO 16750-2：2012 §4.8、§4.10、§4.11、§4.12 和 §4.13 测试

这些部分未纳入LTspice仿真模型，因为测试的性质超出了单个预定义模型的范围。特别值得注意的是§4.10短路保护测试，它要求将每个输入和输出连接到最大电源电压和接地60秒。这些可能特别具有挑战性，建议广泛模拟和测试条件。

ISO 16750-2：2012 §4.8 接地参考和电源偏移

ISO 16750-2：2012 §4.10 短路保护

ISO 16750-2：2012 §4.11 耐压

ISO 16750-2：2012 §4.12 绝缘电阻

ISO 16750-2：2012 §4.13 电磁兼容性

结论

LTspice中的ISO16750-2和ISO7637-2符号提供了ISO 7637-2和ISO 16750-2规范描述的瞬态仿真模型。在产品开发的设计阶段仿真保护电路有助于避免在硬件EMC测试期间发生的故障。显然，当考虑到最终EMC测试失败所产生的成本时，前期在仿真上花费的努力是值得的。

附录：ISO 16750-1：2006 §6 功能状态分类

ISO 16750-1：2006 中对 A 类到 E 类操作的定义如下：

 

A类	设备/系统的所有功能在测试期间和之后都按设计运行。
B类	设备/系统的所有功能在测试期间按设计运行。但是，一个或多个可能会超出指定的容差。测试后，所有功能都会自动恢复到正常范围内。记忆功能应保持A类。
C类	设备/系统的一个或多个功能在测试期间未按设计执行，但在测试后自动恢复正常运行。
D类	设备/系统的一个或多个功能在测试期间未按设计执行，并且在测试后不会恢复正常运行，直到设备/系统通过简单的“操作员/使用”操作重置。
E 类	设备/系统的一个或多个功能在测试期间和之后无法按设计运行，并且如果不修理或更换设备/系统，则无法恢复正常运行

 

审核编辑：郭婷