深度解析“抛负载保护”

作为一款与生命有密切相关的产品，汽车的安全是所有人都关注的问题。尤其是在那些与控制、安全密切相关的零部件上面，其对可靠性的要求之高，更是到了令人难以想象的地步。为了让汽车厂商及其供应商在一个规定的范围内打造高可靠性的产品，国际标准组织制定了一系列的标准来保证汽车的安全。

由于标准和保护的领域众多，在日前的国际电子展上，半导体行业观察和Littelfuse深入探讨一个叫做“抛负载保护”的问题，在这里与大家分享。

什么是抛负载保护

众所周知，现在汽车的电子化程度越来越高，车上需要供电的部分也越来越多，这就使得汽车系统在设计过程中需要面对许多技术挑战。当然，各种电气危害的保护也是设计者需要重点考虑的问题。电力电子电路中的负载切换瞬变就是其中的一个需要高度重视的电气危害，抛负载就是其中的一个典型代表，也就是相关从业人员所说的“Load Dump”。 

据汽车电路保护专家Littelfuse公司的高级工程师戴泰初介绍，在汽车系统中，在各种电子控制单元（如ABS、Airbag等）和发电机之间，会有一个蓄电池。正常情况下发电机给蓄电池充电，但是当线束老化或者接触不良时，就会碰到电池与电路断开的情况（如上图红框内所示），这时候发电机就会给终端产生一个浪涌电压，由于这个浪涌电压的电压非常高，持续时间非常长，就会对终端的各种电子控制单元造成很大的损害，这种情况就称之为抛负载。因此在设计的时候就需要考虑到抛负载保护的问题。

戴泰初告诉半导体行业观察的记者，汽车上的动力总成、BMS、EMB/ABS、引擎启动开关、24V系统、LED照明、T-BOX、娱乐系统、仪表板和DC/DC转换器等都是需要执行抛负载保护的应用。因此对于Littelfuse这样的供应商而言，如何保证这些应用的正常工作，避免抛负载的危害，就成为他们工作的重点。

做好抛负载保护有那些要求

“抛负载主要受最大电压、内阻和持续时间三大因素的影响，因此如何通过控制这三者的综合影响，保证应用工作在安全区，就是抛负载保护的关键”，戴泰初表示。“ISO 7637-2和ISO 16750-2国际标准也对抛负载保护做了具体的要求”，戴泰初补充说。

ISO 16750是一个如何面对汽车电子的安全性随着所面对的各种环境条件以及效应下所产生的质量因素,以确保道路车辆行车安全的规范，ISO 16750-2就是当中的电子负载测试。这个标准适用于任何道路车辆的电子装置，规定主要环境条件为直流电压,过电压等12项测试。对抛负载也有了要求，那就是ISO 16750-2规定下的Pulse 5，当中有5a和5b两种测试标准。

在5a的情况下，测试脉冲提供了最坏的情况。在12V的情况下，规定其US的区间为79伏到101伏，而内阻的范围为0.5欧到4欧，浪涌电压作用时间为40ms到400ms。如果做了抛负载保护以后，在规定脉冲之下经过了10次相关测试，那么就证明这个保护是合格的。

5b也是同样的测试，但是由于5b测试是针对那些在交流发电机内安装了钳位器件的应用，因此在测试标准上，降低了相关的峰值。

从下图的相关测试数据上可以看出，抛负载保护的相关测试标准是非常难通过的，那就意味着对相关的元器件和方案供应商来说，需要考虑的问题就多了很多，尤其是作为直接功能提供者的元器件供应商。

Littelfuse抛负载方案为汽车护航

作为全球知名的保护方案提供商，Littelfuse在汽车电子保护方面也义不容辞。在抛负载保护方面，他们最知名的产品是其TVS管保护方案，这也是全球主流的抛负载保护方案。

据戴泰初介绍，Littelfuse是全球第一大TVS管供应商，其在TVS管上面的技术积累，让他们能够轻松满足抛负载保护的需求。在汽车电子方面，Littelfuse提供了从400W到7000W的TVS管，能够满足抛负载保护方案的需求，尤其是在收购安森美的TVS二极管产品线后，Littelfuse在汽车上有更加多的应用。Littelfuse的SLD和SLD8S系列TVS diode ，更是专门针对抛负载保护应用设计的产品。从戴泰初的介绍中我们得知，Littelfuse是全球为数不多能提供7000W抛负载保护TVS管的厂商之一。为了给客户提供更加多样的TVS选择，Littelfuse还会推出5000W和6000W的汽车级TVS。

值得一提的是，这些TVS管都是在Littelfuse无锡工厂生产，能够更好地服务国内的客户。同时这个工厂还是Littelfuse晶闸管和半导体放电管的生产点。

除了TVS管，Littelfuse还提供了压敏电阻MOV的抛负载保护方案。现在他们提供的是AUMOV和AUML两种方案，因为前者是插线式的，通流量会大一点，能够适合5a类应用，而后者基本只应用在5b方案或其他浪涌保护上。

戴泰初告诉记者，一辆车会用到几十个TVS管，因此他们非常重视这个市场。考虑到汽车市场的快速成长，还有汽车电子化程度的日益提升，汽车市场势必会给Littelfuse带来更大的想象空间。

作为一个成立于1927年的公司，且在成立前七十多年只是从事保险丝业务的公司，Littelfuse将其可恢复保险丝PPTC、TVS管和静电保护等产品推到了市场的前列位置。面对新兴市场需求，Littelfuse正在将其触角扩散到功率控制和传感器等领域，并通过一系列并购扩充其产品线，全新的Littelfuse必将给工程师带来更好的帮助。