汽车应用选择电力线极性保护二极管的特性分析

汽车设计领域的一个重大挑战是保护电子部件——如控制单元、传感器和娱乐系统——不受出现在电力在线的具有破坏性的反向电压、电压瞬变、静电放电（ESD）及噪声的干扰。整流器是用于汽车电子电力线保护的理想解决方案，对这些应用有若干重要参数需要考虑，包括正向电流、重复反向电压、正向浪涌电流和熔融速度。

汽车电子设备测试条件和应用中的参数

用于极性保护的基本电路如图1所示。电路（A）只提供极性保护，而电路（B）除了提供极性保护以外还提供负载突降抑制。

 

 

下文内容是对在为汽车应用选择电力线极性保护二极管时需要考虑的主要参数的定义。

最大重复反向电压（VRRM）

最大重复反向电压是二极管在反向偏压模式中能够承受的最大电压。在反向偏压模式中，流过二极管的漏电流会在二极管结中产生热量并导致热失控。模拟该条件的测试包括美国的ISO-7637-2 pulse 1和3a以及日本的JASO D001-94标准type B和E.Each，这些测试的峰电压如下表所示。

 

 

按照上面的测试条件，用于电力线保护的二极管的VRRM对12V电力线应当为300 V - 400V，对24V电力线应当为600V.

正向电流（IF（AV））

产品介绍中规定的正向电流通常是指在封装的热限条件下，二极管在正向偏压状态中能够承受的最大平均正向电流。此参数与工作中电路的电流消耗有关。

 

 

正向电流能力会随二极管的结温而变化，如图2所示。其他相关参数包括热阻（以RqJC、RqJA、RqJL和RqJM等符号表示）。

正向浪涌电流（IFSM）

产品介绍中规定的正向浪涌电流是指二极管在规定时间和脉冲条件范围内在正向偏压状态中能够承受的最大峰电流。此额定值受二极管热容量的限制。
正向浪涌电流规格与两个主要操作有关，ISO-16750-2和JASO D001-94汽车标准包含模拟这两个操作的测试。第一个操作是保护电路不受负载突降条件期间发生的高电流的干扰。模拟第二个操作的测试是ISO-7637-2 Pulse 2a和3b，这两个测试分别由50 ms和100 ms脉冲宽度与2Ω和50Ω线路阻抗组成。与负载突降测试条件下的正向浪涌电流相比，这是一个相对较小的能量值。

 

负载突降抑制的模拟测试包括ISO-16750-2测试A和B、JASO标准type A和D等其他测试。

在此情形中，高浪涌电流流过极性保护二极管，而且要求足够高的正向浪涌能力来避免故障发生。可以使用下面的公式来估计负载突降抑制测试中的浪涌电流值：
Ipeak = （ Vpeak– VFd - Vclamping） / （Ri + Rzd）
Vpeak：浪涌电压Vclamping：箝位电压VFd：极性保护二极管的正向压降Ri：线路阻抗Rzd：箝位组件的电阻

静电放电（ESD）

静电放电会影响车载电子模块的工作稳定性和使用寿命期间的可靠性。

ISO-10605和JASO标准5.8规定了针对该参数的测试条件。

非重复雪崩能量（EAS）

二极管的非重复雪崩能量是指二极管为了防止电路受到来自电机和螺线管的感应瞬态反冲电压或者感应高反向电压的冲击，在偏压状态中能够吸收的最大能量。目前还没有针对该参数的汽车标准。

针对汽车电子系统和部件的温度条件

JASO根据汽车电子系统和部件的位置（如行李箱、发动机和其他地方）将其工作温度范围规定为– 40oC至+ 100oC.
在设计用于汽车的电子单元时，要考虑保护电子单元不受来自感应单元的穿透或感应瞬态能量以及反向电连接的冲击。瞬态能量是由火花塞和驱动雨刷、制动器、门锁和其他部件的电机产生的。另外还要考虑来自人和汽车内饰的静电放电。