汽车抛负载（Load dump）深度解析与保护方案

 

一.抛负载的定义与分类

 

抛负载（英文：Load dump），指的是电源与负载断开的瞬间，因负载突变引发电源电压急剧波动的现象。在汽车电子领域，具体是指蓄电池充电过程中，发电机与蓄电池突然断开连接，导致发电机输出产生大幅电压尖峰，进而对其他连接在发电机电源上的电子设备构成损坏威胁。
 

汽车抛负载主要分为三类：仅切断发电机向负载供电，称为“发电机单抛”；仅切断蓄电池，称为 “蓄电池单抛”；同时切断发电机与蓄电池，则称为 “双抛”。考虑到汽车运行对可靠性的严苛要求，国际标准化组织（ISO）制定的抛负载试验，具备充分的科学性与必要性，该试验属于破坏性极强的严苛测试项目。

 

二.抛负载测试标准 

7637-5A/5B 详解

 

汽车抛负载的影响程度主要取决于三个核心因素：最大电压、电源内阻及电压尖峰持续时间，因此，精准控制这三者的综合作用，是汽车抛负载保护设计的关键所在。
 

ISO7637 标准明确规定了 12V和24V电气系统道路车辆沿电源线的电传导骚扰及其抗扰度的试验等级与测量方法，其中脉冲波形 5A和5B 对应的测试是该标准中最具破坏性、通过难度最高的项目。两者的核心区别在于：7637-5A为未经抑制的原始脉冲波形，能量冲击更强；7637-5B为发电机前端配备电压抑制装置后的脉冲波形，能量相对温和。在相同内阻条件下，脉冲波形的面积直接反映了其携带能量的大小。
 

 

7637-5A/5B 核心测试参数

测试脉冲类型	参数名称	12V 系统规格	24V 系统规格
试验脉冲 5A	基准电压 Us（V）	13.5	27
	尖峰电压 Up（V）	65-87	123-174
	持续时间 ta（ms）	10-89	-
	内阻 Ri（Ω）	0.5-4	0.5-4
	浪涌持续时间 td（ms）	40-400	100-350
试验脉冲 5B	基准电压 Us（V）	21.5	70
	尖峰电压 Up（V）	30	150
	持续时间 ta（ms）	5	5
	内阻 Ri（Ω）	0.5	0.5

上海雷卯电子拥有专业的电磁兼容实验室，可为客户提供抛负载摸底测试服务，下图为实验室开展 7637-5B 测试的现场场景。
 

 

 

三.7637-5A/5B 能量抑制设计

核心要求

 

7637-5A 测试模拟了最恶劣的抛负载工况：对于12V系统，其尖峰电压 Us区间为 79-101V，内阻范围 0.5-4Ω，浪涌电压持续时间 40-400ms。若针对该场景设计的抛负载保护方案，能在规定脉冲条件下通过 10 次连续测试，则表明该保护方案具备合格的防护能力。
 

上海雷卯电子作为专业的电磁兼容方案设计与器件制造商，已针对7637-5A/5B 测试验证了多种保护方案，以下将逐一呈现，供工程师根据实际需求选择。
 

 

四.结构简化的TVS管保护方案

 

上海雷卯电子推出一款结构极简的抛负载保护方案，仅需一颗TVS 管（瞬态抑制二极管）即可实现核心防护，电路结构如下：
 

 

（1）针对 7637-5A 的保护方案及测试数据

24V系统测试结果

雷卯 TVS 型号	供电电压（V）	测试电压（V）	内阻（Ω）	浪涌持续时间（ms）	测试次数	结果
SM8S33CA	27	174	10	350	10	PASS
SM8S33CA	27	174	4	350	10	PASS
SM8S33CA	27	174	3	350	10	PASS

12V 系统测试结果

雷卯 TVS 型号	供电电压（V）	测试电压（V）	内阻（Ω）	浪涌持续时间（ms）	测试次数	结果
SM8S24CA	13.5	87	2	200	10	PASS
SM8S24CA	13.5	87	2	400	10	PASS
SM8S24CA	13.5	87	1	400	10	PASS
SM8S24CA	13.5	87	0.5	400	10	PASS

 

（2）针对 7637-5B 的保护方案

多数汽车原厂已配备电压限位装置，可确保抛负载时的输出浪涌电压不超过7637-5B标准设定值，大幅降低了风险等级。针对此类场景，可选用高性价比保护方案，推荐上海雷卯电子的 SM5S24CA 系列车用 TVS 管或 6.6SMDJ24CA 型号 TVS 管，其测试波形如下：
 

五.DC-DC模块的设计考量

 

由于TVS管本身的特性，其箝位电压与工作电压存在一定波动区间，为确保 DC-DC 模块在抛负载场景下的稳定运行，需遵循以下耐压选型原则：12V系统的 DC-DC 模块耐压值应不低于 40V，24V系统的 DC-DC 模块耐压值应不低于 60V。
 

若实际应用中需要更低箝位电压的TVS管，上海雷卯电子可提供专用低箝位 TVS 物料，满足个性化防护需求。