目錄

一.TVS的重要參數

①功率等級

②擊穿電壓VBR

③鉗位電壓VC

④關態電壓VR

⑤ 5.0SMD36A與市場上主流產品參數對比

二.車載電源的初級保護（拋負載）

①什么是拋負載

②拋負載測試的標準

③器件在12V系統中拋負載測試

④器件在24V系統中拋負載測試

⑤器件可靠性測試

三.車載電源線的次級保護

一. TVS的重要參數

汽車設計中的一個主要挑戰是保護汽車電子設備（如控制單元、傳感器及娛樂系統等）免受破壞性的浪涌、電壓瞬變、ESD及電源線噪聲的損害。使用瞬態電壓抑制器（TVS）是保護汽車電子設備的理想解決方案。接下來，我們將討論TVS器件的關鍵參數——功率等級、關態電壓和最大擊穿電壓。

①功率等級：

TVS的功率等級是在特定的測試或應用條件下的浪涌吸收能力。TVS產品使用業內標準的10/1000 μs脈沖波形(Bellcore 1089標準)做為測試條件，如圖1所示。這個測試條件不同于浪涌測試的8/20

μs脈沖波形，如圖2所示。

圖1：10/1000 μs 圖2：8/20 μs

一. TVS的重要參數

②擊穿電壓VBR

擊穿電壓是是器件進入雪崩擊穿的電壓，根據數據表中指定的電流進行測試。

③鉗位電壓VC

在指定的峰值脈沖電流等級下，出現在TVS上的箝位電壓等級。TVS的擊穿電壓是在非常低的電流下測得

的，如1mA或10mA, 與應用條件中實際的雪崩電壓是不同的。因此，半導體制造商會指明在大電流條件下的典型或最大擊穿電壓。

④關態電壓VR

關態電壓是指TVS未被擊穿時的最大電壓，是電路中不在通常條件下工作的保護器件的重要參數。在汽車應用中，一些汽車電 子產品的調節是由“階躍保護 ”實現的。這種測試條件是在10 分鐘內，向12V的電子設備提供24 VDC 的電壓，向24V電壓的電子設備提供36 VDC 的電壓，而不造成損壞或電路的故障。因此，

對汽車電子產品來說，關態電壓是TVS器件的一個關鍵參數。

一.TVS的重要參數

⑤5.0SMD36A與市場上主流產品參數對比

品牌	Part number	VR	VBR MIN	VBR MAX	IR	IPP	VC
	5.0SMDJ36A	36V	40	44.2	2 μA	86.1	58.1
國內某品牌	5.0SMDJ36A	36V	40	44.2	2 μA	86.1	58.1
國外某品牌	5KASMC36A	36V	40	44.2	2 μA	86.1	58.1

目前國內外主流品牌的TVS在25 ℃時的參數大同小異，基本上沒有差別，關鍵是抗長時間浪涌的能力和其他環境條件下的表現。

二.車載電源的初級保護

①什么是拋負載

汽車電子產品，如電子控制單元，傳感器和娛樂系統是接到一個電源上的。這些電子產品的電源是電池或發電機，由于受到溫度、工況和其他條件的影響，電池或發電機的輸出電壓不穩定。

此外，使用燃油噴射、閥、電機、電和水解控制器等電磁負載的汽車系統會把ESD、尖峰噪聲和幾種瞬態和浪涌電壓引入到電源和信號線中。

拋負載的定義：

當引擎正在運轉，發電機正向汽車的電源線輸送電流時，如果電池突然斷開，就會產生最嚴重的浪涌電流。這種情況也被稱為“拋負載 ”，大多數汽車制造商和行業組織都規定了在這種拋負載情況下的最大電壓、線路阻抗和持續時間

二.車載電源的初級保護

②拋負載的測試的標準

兩個知名的試驗模擬了這種條件：美國的ISO-7637-2 Pulse 5，和日本針對14V傳動系統的JASO A-1及針對27V傳動系的JASO D-1。而我國的GBT21437.2就是以ISO-7637-2為參考，在此我們就以ISO-7637-2為標準測試。

ISO-7637-2道路車輛來自傳導和耦合的電氣騷擾--第2部分：僅沿供電源線路的瞬時電傳導

本標準規定了安裝于乘用車及12V 電氣系統的輕型商用車或24V 電氣系統的商用車上的設備的傳導電瞬態電磁兼容性測試的臺架試驗，包括瞬態注入和測量。本標準還規定了瞬態抗擾性失效模式嚴重程度分類。本標準適用于各種獨立的動力系統（例如火花塞點火發動機或柴油發動機，或電機）的道路車輛。

而脈沖5a 和5b模擬拋負載瞬態現象。即模擬在斷開電池（虧電狀態）的同時，交流發電機正在產生充電電流，而發電機電路上仍有其它負載時產生的瞬態；拋負載的幅度取決于斷開電池連接時，發電機的轉速和發電機的勵磁場強的大小。拋負載脈沖寬度主要取決于勵磁電路的時間常數和脈沖幅度。大多數新型交流發電機內部，拋負載幅度由于增加限幅二極管而受到抑制（箝位）。

拋負載可能產生的原因是：因電纜腐蝕、接觸不良或發動機正在運轉時，有意斷開與電池的連接。（如保險絲熔斷、修理時認為斷開蓄電池等）

二.車載電源的初級保護

ISO-7637-25a波形

l

參數	12V系統	24V系統
Us	65V~ 87V	123V~ 174V
Ri	0.5 Ω~4 Ω	1 Ω~8 Ω
td	40ms~400 ms	100ms~350 ms
tr	(10 +0/-5 )ms

拋負載TVS的峰值箝位電流可以用下面的公式來估算：計算峰值箝位電流： IPP = (VIN - VC) / Ri

IPP: 峰值箝位電流

VIN: 輸入電壓

VC: 箝位電壓

Ri: 線路阻抗

二.車載電源的初級保護

③器件在12V系統中拋負載測試

測試設備實際波形（87V400ms）

二.車載電源的初級保護

5.0SMD36A和國內某品牌在ISO-7637-2 測試中（87V VS，4ΩRi及400 ms脈沖寬度）電壓波形。

國內某品牌A

5.0SMD36A可以滿足87V VS，4ΩRi及400 ms脈沖寬度10次（正常要求1-5次）的浪涌沖擊，殘壓53V左右；

國內某品牌A也可以滿足87V VS，4ΩRi及400 ms脈沖寬度浪涌沖擊，殘壓54V左右，屬于正常范圍。

國內某品牌B不能滿足87V VS，4ΩRi及400 ms脈沖寬度浪涌沖擊，在測試過程中一次或者兩次就擊穿

Part number	Marking	VR	VBR MIN	VBR MAX	IR	IPP	VC
5.0SMD36A	5PFP	36	40	44.2	2	86.1	58.1

二.車載電源的初級保護

SM8S33A在ISO-7637-2 測試中（87V VS，2ΩRi及400 ms脈沖寬度）的電壓波形。

SM8S33A可以滿足87V VS，2ΩRi及400 ms脈沖寬度10次的浪涌沖擊（一般打1-5次).

Part number	VR	VBR MIN	VBR MAX	IR	IPP	VC
SM8S33A	33	36.7	40.6	10	102	64.7

二.車載電源的初級保護

8KP30CA, 8KP33CA,8KP36CA在ISO-7637-2 測試中（87V VS，1ΩRi及400 ms脈沖寬度）的電壓波形

8KP30CA

8KP33CA

8KP36CA

8KP30CA, 8KP33CA,8KP36CA可以滿足87V VS，1ΩRi及400 ms脈沖寬度10次的浪涌沖擊（一般打1-5次).

Part number	VR	VBR MIN	VBR MAX	IR	IPP	VC
8KP30CA	30	33.3	36.9	2	165.2	48.4
8KP33CA	33	37.7	40.6	2	142.1	56.3
8KP36CA	36	40.0	44.2	2	137.6	58.1

二.車載電源的初級保護

15KP30A在ISO-7637-2 測試中（87V VS，0.5ΩRi及400 ms脈沖寬度）的電壓波形

15KP30A可以滿足87V VS，0.5ΩRi及400 ms脈沖寬度10次的浪涌沖擊（一般打1-5次).

Part number	VR	VBR MIN	VBR MAX	IR	IPP	VC
15KPA30A	30	33.3	36.9	2	297.8	50.7

二.車載電源的初級保護

③ 器件在24V系統中拋負載測試參數設置

實際波形（174V350ms）

二.車載電源的初級保護

SM8S33A在ISO-7637-2 測試中（174V VS，4ΩRi及350 ms脈沖寬度）的電壓波形。

SM8S33A可以滿足174V VS，4ΩRi及350 ms脈沖寬度10次的浪涌沖擊（一般打1-5次).

Part number	VR	VBR MIN	VBR MAX	IR	IPP	VC
SM8S33A	33	36.7	40.6	10	102	64.7

二.車載電源的初級保護

8KP36CA在ISO-7637-2 測試中（174V VS，4ΩRi及350 ms脈沖寬度） 的15KP30A的電壓波形

8KP36CA可以滿足174V VS，4ΩRi及350 ms脈沖寬度10次的浪涌沖擊（一般打1-5次).

Part number	VR	VBR MIN	VBR MAX	IR	IPP	VC
8KP36CA	36	40.0	44.2	2	137.6	58.1

二.車載電源的初級保護

⑤5.0SMDJ36A可靠性測試

產品名稱	5.0SMDJ36A		封裝類型		SMC
芯片尺寸	160mils		工藝		GPP
測試條件	VBR:40-44.2V@20mA IR<2 μA@VR=36V
序號	實驗項目	實驗條件		實驗周期或時間	抽樣數	結果
1	高溫直流反偏 HTRB	Ta= 125 ℃ VR= 24 V		168 HRS	10	見下頁
2	穩態工作壽命OP-LIFE	Ta = 25℃ Io = IF		168 HRS	10	OK
3	浪涌電流PIF	IFSM = 300 A 8.3ms single half sine wave		1 CYCLE	10	OK
4	間歇工作壽命 PTF	ON = 5 min with rate Io, OFF = 5 min with cool forced air		1000 CYCLES	10	OK
5	壓力鍋 PCT	Ta = 121℃；P = 29.7psia or 205kpa or 2.088kg/cm2 @humidity=100%		24 HRS	10	OK
6	溫度循環 T C	TH = 150 +3/-0℃ , 15 min； TL = -55 +0/-3℃ , 15 min。		10 CYCLES	10	OK
7	高溫貯存 HT Storage	Ta = 150±5 ℃		168 HRS	10	OK
8	耐焊接熱 Soldering Heat	Ta = 260±5 ℃ ,		10 sec	10	OK
9	高溫漏電流 HT-IR	Ta = 100 ±5℃ 100%VR		—	0
10	可焊性 Solderability	Ta =245±5 ℃		10 sec	10	OK

二.車載電源的初級保護

5.0SMDJ36A可靠性測試（高溫反偏HTRB測試結果）

產品名稱	5.0SMDJ36A					實驗項目	HTRB
實驗條件	Ta=125 ℃	VR= 36 V				實驗周期	168HRS
編號		VBR:40-44.2V@1mA					IR<2 μA@VR=36V
	Initial		Final		Shift	Initial	Final	Shift
1	41.960		41.965		0.01%	1.007	1.008	0.07%
2	41.503		41.516		0.03%	1.027	1.026	-0.09%
3	42.091		42.104		0.03%	0.911	0.910	-0.09%
4	41.697		41.701		0.01%	1.016	1.016	-0.04%
5	41.880		41.885		0.01%	0.808	0.807	-0.12%
6	41.962		41.972		0.02%	0.909	0.908	-0.04%
7	42.130		42.125		-0.01%	1.008	1.008	0.04%
8	42.704		42.704		0.00%	1.009	1.007	-0.17%
9	42.338		42.347		0.02%	1.112	1.105	-0.67%
10	41.779		41.779		0.00%	0.908	0.907	-0.12%
實驗結論：	失效數：0，	判定合格

二.車載電源的初級保護

5.0SMDJ36A可靠性測試所使用的一些設備

三.載電源線的次級保護

汽車系統中保護電路的首要目標是高浪涌電壓，但箝位電壓也很高。在卡車和小貨車的24V動力系中，次級保護尤其重要。其主要原因是，用于汽車應用的多數穩壓器和DC-DC轉換器IC的最大輸入電壓是45 V～60 V。對于此類應用，建議使用次級保護，如下圖所示

初級保護 次級保護

+

R

限流器

負

載

電源線

在電源線上加入電阻R，可以減小瞬態電流，這樣可以在次級保護中使用功率等級更小的TVS。電子單元中的微處理器和邏輯電路需要150 mA～300mA的電流, 在- 18 °C 溫度下，12V電池的最小輸出電壓是 7.2 V，24V電池在同樣條件下的最小輸出電壓是14.4V。在上述條件下的24V電池中，在R = 20Ω和

300mA負載時的供電電壓是8.4V，在R = 10 Ω和電池最小電壓為14.4 V（在- 18 °C溫度下24V電池的電壓）時的供電電壓是11.4V。

VL = (Vmin / (Vmin / IL)) × ((Vmin / IL) - R)

VL: 加到負載上的電壓 Vmin: 最小輸入電壓 IL: 負載電流 R: 電阻值 R的功率等級 = I2R這個供電電壓要高于大多數穩壓器和DC/DC轉換器IC的最小輸入電壓。

4

審核編輯 黃宇