基于ISO7637（汽車中傳導和耦合產生的電氣干擾）和ISO16750（汽車中電氣和電子設備的環境條件和測試），首先以客戶實際應用環境為例，評估SGM63600電源系統的汽車電子抗擾度，隨后依據SGM63600寬輸入電壓范圍（5-60V）的優勢，對濾波電路進行簡化程度驗證。

01簡介

ISO7637（汽車中傳導和耦合產生的電氣干擾）和ISO16750（汽車中電氣和電子設備的環境條件和測試）將汽車中EMI（Electro-Magnetic Interference）歸并為幾個類型的典型干擾源及其作用路徑，都是關于汽車用電子單元抗擾度試驗的指導標準。ISO7637主要包括三個部分：沿電源線傳導的電瞬態、供電線路以外的線路通過電容和電感耦合進行電瞬態傳輸，以及沿屏蔽高壓電源線進行傳導的瞬態；ISO16750主要包括四個部分：電氣負荷、機械負荷、氣候負荷和化學負荷。這些測試項目是針對設備和裝置的，而不是單個電子器件。

基于SGM63600（5-60V Input, Current Mode, Synchronous Buck Controller）設計的車載電源系統將12V或者24V的電池電壓降壓到5V/10A供電給車載中控臺[1]。正常行駛的汽車內電磁環境較為惡劣，車內電子裝置在運行時會產生大量電磁干擾，如啟動機、ABS、遠光燈、點火系統、發電機及整流器系統等發出的干擾脈沖。這些干擾脈沖頻帶很寬，通過線束傳導或耦合方式傳播到SGM63600電源系統內。針對道路車輛及其掛車內通過傳導和耦合引起的電干擾，國際標準ISO7637和ISO16750提出了車載電源系統沿電源線的電瞬態抗擾度的測試方法，適用于12V或24V供電的車載電源模組。本測試基于ISO7637和ISO16750，通過遠方EMS7637A汽車電子抗擾度測試系統，評估測試SGM63600電源系統的抗擾度性能（Immunity），這也是電磁兼容EMC（Electro-Magnetic Compatibility）中電磁敏感度EMS（Electro-Magnetic Susceptibility）性能的一部分。

為了抑制SGM63600電源系統自身的傳導電磁干擾（Conducted EMI）和輻射電磁干擾（Radiated EMI）對整車系統的影響，通常在線束入口到SGM63600應用電路之間加入濾波電路。由于脫離客戶實際應用環境測試局部電路的抗擾度的作用有限，本文首先基于客戶的濾波電路對SGM63600電源系統進行抗擾度評估實驗，隨后依據SGM63600寬輸入電壓范圍（5-60V）的優勢，對濾波電路進行簡化程度驗證。

1.1 客戶濾波電路

在SGM63600的輸入端，針對SGM63600電源系統的傳導EMI和輻射EMI，客戶設計了如圖1所示的π型濾波電路。圖1針對ISO7637和ISO16750中沿電源線傳導的電磁干擾項所采取的措施主要有防反二極管D1和TVS管D2、D3。

圖1 客戶濾波電路

濾波電路與SGM63600 EVB的實際連接方式如圖2所示，其中濾波電路的VBAT_DC端子和SGM63600 EVB的VIN端子相連，濾波電路的GND端子和SGM63600 EVB的GND端子相連。

圖2 SGM63000電源系統

1.2 簡化濾波電路

在進行汽車電子抗擾度測試時，因為SGM63600 EVB具備5-60V電壓范圍的優勢，可對圖1所示的濾波電路進行簡化，去除圖1中的TVS管D2和D3，如圖3所示。

圖3 簡化的濾波器電路

02ISO7637測試項目

2.1 Pulse 1

2.1.1 測試目的

模擬汽車電池電源與感性負載斷開時所產生的瞬態現象，電路框圖如圖4所示。產生的脈沖波形如圖5所示。評估測試SGM63600電源系統對此負脈沖的抗擾度。

圖4 Pulse 1產生電路框圖[2]

圖5 Pulse 1波形[2]

2.1.2 測試條件

根據ISO7637-2:2011標準，結合客戶需求，設置圖5中UA=13.5V，Us=-100V，t1=500ms，t2=200ms，td=2ms，tr=1μs，Ri=4Ω，t3<100μs，脈沖次數500次。首先測出空載輸出的Pulse 1實際波形，再將其施加在濾波電路輸入側，測試SGM63600的空載輸出工作特性。

2.1.3 客戶濾波電路測試波形

(a) 波形放大前

(b) 波形放大后

圖6 Pulse 1抗擾度測試波形（基于客戶濾波電路）

2.1.4 簡化濾波電路測試波形

(a) 波形放大前

(b) 波形放大后

(c) 波形細節

圖7 Pulse 1抗擾度測試波形（基于簡化濾波電路）

2.1.5 測試結果

1) 連接客戶濾波器電路測試時，SGM63600輸出電壓正常。符合ISO7637-1:2015中功能性能等級Ⅰ的要求。

2) 連接簡化濾波器電路測試時，SGM63600輸出電壓正常。符合ISO7637-1:2015中功能性能等級Ⅰ的要求。

2.2 Pulse 2a

2.2.1 測試目的

模擬和SGM63600電源系統并聯的車載裝置電流突然中斷的瞬態現象，電路框圖如圖8所示。產生的脈沖波形如圖9所示。評估測試SGM63600電源系統對此正脈沖的抗擾度。

圖8 Pulse 2a產生電路框圖[2]

圖9 Pulse 2a波形[2]

2.2.2 測試條件

根據ISO7637-2:2011標準，結合客戶需求，設置圖9中UA=13.5V，Us=+37V，t1=500ms，td=50μs，tr=1μs，Ri=2Ω，脈沖次數500次。首先測出空載輸出的Pulse 2a實際波形，再將其施加在濾波電路輸入側，測試SGM63600的空載輸出工作特性。

2.2.3 客戶濾波電路測試波形

圖10 Pulse 2a抗擾度測試波形（基于客戶濾波電路）

2.2.4 簡化濾波電路測試波形

圖11 Pulse 2a抗擾度測試波形（基于簡化濾波電路）

2.2.5 測試結果

1) 連接客戶濾波電路測試時，SGM63600輸出電壓正常。符合ISO7637-1:2015中，功能性能等級Ⅰ的要求。

2) 連接簡化濾波電路測試時，SGM63600輸出電壓正常。符合ISO7637-1:2015中，功能性能等級Ⅰ的要求。

2.3 Pulse 2b

2.3.1 測試目的

模擬直流馬達在點火開關被切斷的瞬間充當發電機所產生的瞬變現象，電路框圖如圖12所示。產生的脈沖波形如圖13所示。評估測試SGM63600電源系統對此脈沖的抗擾度。

圖12 Pulse 2b產生電路框圖[2]

圖13 Pulse 2b波形[2]

2.3.2 測試條件

根據ISO7637-2:2011標準，結合客戶需求，設置圖13中UA=13.5V，Us=+10V，t12=1ms，t6=1ms，td=200ms，tr=1ms，Ri=0Ω，脈沖次數10次，每次間隔500ms。測試SGM63600的空載輸出工作特性。

2.3.3 客戶濾波電路測試波形

圖14 Pulse 2b抗擾度測試波形（基于客戶濾波電路）

2.3.4 簡化濾波電路測試波形

圖15 Pulse 2b抗擾度測試波形（基于簡化濾波電路）

2.3.5 測試結果

1) 連接客戶濾波電路測試時，SGM63600輸出電壓正常。符合ISO7637-1:2015中，功能性能等級Ⅰ的要求。

2) 連接簡化濾波電路測試時，SGM63600輸出電壓正常。符合ISO7637-1:2015中，功能性能等級Ⅰ的要求。

2.4 Pulse 3a

2.4.1 測試目的

模擬汽車電子系統中各種開關、繼電器在斷開過程中由于分布電容和分布電感產生的電弧脈沖群。如圖16所示，在開關由閉合狀態轉換為斷開狀態的過程中，感性負載易產生負脈沖，整體疊加后的脈沖波形如圖17所示。評估測試SGM63600電源系統對此電弧所產生的快速低能量的負脈沖群的抗擾度。

圖16 Pulse 3a產生電路框圖[2]

圖17 Pulse 3a波形[2]

2.4.2 測試條件

根據ISO7637-2:2011標準，結合客戶需求，設置圖17中UA=13.5V，Us=-150V，t1=100μs，t4=10ms，t5=90ms，td=0.1μs，tr=5ns，Ri=50Ω，測試時間1小時。首先測出空載輸出的Pulse 3a實際波形，再將其施加在濾波電路輸入側，測試SGM63600的空載輸出工作特性。

2.4.3 客戶濾波電路測試波形

(a) 波形細節

(b) 測試波形

圖18 Pulse 3a抗擾度測試波形（基于客戶濾波電路）

2.4.4 簡化濾波電路測試波形

(a) 波形細節

(b) 測試波形

圖19 Pulse 3a抗擾度測試波形（基于簡化濾波電路）

2.4.5 測試結果

1) 連接客戶濾波電路測試時，SGM63600輸出電壓正常，但存在耦合噪聲。

2) 連接簡化濾波電路測試時，SGM63600輸出電壓正常，但存在耦合噪聲。

2.5 Pulse 3b

2.5.1 測試目的

模擬汽車電子系統中各種開關、繼電器在閉合過程中由于分布電容和分布電感所產生的電弧脈沖群。如圖20所示，在開關由斷開狀態轉換為閉合狀態的過程中，感性負載易產生正脈沖，整體疊加后的脈沖波形如圖21所示。評估測試SGM63600電源系統對此電弧所產生的快速低能量的正脈沖群的抗擾度。

圖20 Pulse 3b產生電路框圖[2]

圖21 Pulse 3b波形[2]

2.5.2 測試條件

根據ISO7637-2:2011標準，結合客戶需求，設置圖21中UA=13.5V，Us=+100V，t1=100μs，t4=10ms，t5=90ms，td=0.1μs，tr=5ns，Ri=50Ω，測試時間1小時。首先測出空載輸出的Pulse 3b實際波形，再將其施加在濾波電路輸入側，測試SGM63600的空載輸出工作特性。

2.5.3 客戶濾波電路測試波形

(a) 波形細節

(b) 測試波形

圖22 Pulse 3b抗擾度測試波形（基于客戶濾波電路）

2.5.4 簡化濾波電路測試波形

(a) 波形細節

(b) 測試波形

圖23 Pulse 3b抗擾度測試波形（基于簡化濾波電路）

2.5.5 測試結果

1) 連接客戶濾波電路測試時，SGM63600輸出電壓正常，但存在耦合噪聲。

2) 連接簡化濾波電路測試時，SGM63600輸出電壓正常，但存在耦合噪聲。

2.6 Pulse 4

2.6.1 測試目的

模擬內燃機起動機啟動時（如Cold Crank），如圖24所示，或者由于接入大的負載（如打開空調）引起電源電壓降低的現象，脈沖波形如圖25所示，評估測試SGM63600電源系統對此電壓跌落脈沖的抗擾度。

圖24 Pulse 4產生電路框圖[3]

圖25 Pulse 4波形[3]

2.6.2 測試條件

根據ISO7637-2:2004標準，結合客戶需求，設置圖25中UB=12V，Us=-7V，Ua=-6V，t7=15ms，t8=1ms，t9=500ms，t10=5ms，t11=5ms，Ri=0Ω，脈沖次數1次。測試SGM63600的空載輸出工作特性。（ISO7637-2:2011版已刪除該項測試。）

2.6.3 客戶濾波電路測試波形

圖26 Pulse 4抗擾度測試波形（基于客戶濾波電路）

2.6.4 簡化濾波電路測試波形

圖27 Pulse 4抗擾度測試波形（基于簡化濾波電路）

2.6.5 測試結果

1) 連接客戶濾波電路測試時，SGM63600輸出電壓正常。符合ISO7637-1 : 2015中，功能性能等級Ⅰ的要求。

2) 連接簡化濾波電路測試時，SGM63600輸出電壓正常。符合ISO7637-1 : 2015中，功能性能等級Ⅰ的要求。

2.7 Pulse 5b

2.7.1 測試目的

模擬汽車高能量拋負載的現象，如圖28所示，脈沖波形如圖29所示，評估測試SGM63600對此現象產生的瞬態脈沖的抗擾度。

圖28 Pulse 5b產生電路框圖[3]

圖29 Pulse 5b波形[4]

2.7.2 測試條件

根據ISO16750-2:2012標準，結合客戶需求，設置圖29中UA=14V，Us=+79V，Us*=+39V，td=400ms，tr=10ms，Ri=0.5Ω，脈沖次數5次，時間1分鐘。測試SGM63600的空載輸出工作特性。（注：該測試要求在ISO7637:2004有規定并編號，2011年后，移至ISO16750中。）

2.7.3 客戶濾波電路測試波形

圖30 Pulse 5b抗擾度測試波形（基于客戶濾波電路）

2.7.4 簡化濾波電路測試波形

圖31 Pulse 5b抗擾度測試波形（基于簡化濾波電路）

2.7.5 測試結果

1) 連接客戶濾波電路測試時，SGM63600輸出電壓正常。符合ISO16750-1:2018中，功能性能等級A的要求。

2) 連接簡化濾波電路測試時，SGM63600輸出電壓正常。符合ISO16750-1:2018中，功能性能等級A的要求。

03ISO16750測試項目

3.1 過電壓

3.1.1 測試目的

汽車發電機調節器損壞，或跨接啟動，導致供電電壓上升，針對該工況下的過壓現象，評估測試SGM63600的抗擾度。

3.1.2 測試條件

根據ISO16750-2:2012標準，結合客戶需求，設置過壓值為24V，持續時間10s，Ri=0Ω。測試SGM63600的空載輸出工作特性。

3.1.3 客戶濾波電路測試波形

圖32 過電壓抗擾度測試波形（基于客戶濾波電路）

3.1.4 簡化濾波電路測試波形

圖33 過電壓抗擾度測試波形（基于簡化濾波電路）

3.1.5 測試結果

1) 連接客戶濾波電路測試時，SGM63600輸出電壓正常。符合ISO16750-1:2018中，功能性能等級A的要求。

2) 連接簡化濾波電路測試時，SGM63600輸出電壓正常。符合ISO16750-1:2018中，功能性能等級A的要求。

3.2 疊加交流電壓

3.2.1 測試目的

模擬汽車供電電壓中殘留交流電壓的干擾現象，脈沖波形如圖34所示，評估測試SGM63600電源系統對此疊加交流電壓干擾脈沖的抗擾度。

(a) 施加電壓

(b) 掃頻

圖34 疊加交流電壓[4]

3.2.2 測試條件

根據ISO16750-2:2012標準，結合客戶需求，設置圖34中USmax=16V，UPP=4V，fmax=25kHz，Ri=50mΩ，連續測量5次，每次120s。測試SGM63600的空載輸出工作特性。

3.2.3 客戶濾波電路測試波形

(a) 低頻

(b) 高頻

圖35 疊加交流電壓抗擾度測試波形（基于客戶濾波電路）

3.2.4 簡化濾波電路測試波形

(a) 低頻

(b) 高頻

圖36 疊加交流電壓抗擾度測試波形（基于簡化濾波電路）

3.2.5 測試結果

1) 連接客戶濾波電路測試時，SGM63600輸出電壓正常。符合ISO16750-1:2018中，功能性能等級A的要求。

2) 連接簡化濾波電路測試時，SGM63600輸出電壓正常。符合ISO16750-1:2018中，功能性能等級A的要求。

3.3 供電電壓瞬時下降

3.3.1 測試目的

模擬其他并聯電路中的保險絲熔斷時造成的電壓瞬態跌落現象，脈沖波形如圖37所示，評估測試SGM63600電源系統對此電壓瞬態跌落脈沖的抗擾度。

圖37 瞬時電壓下降[4]

3.3.2 測試條件

根據ISO16750-2:2012標準，結合客戶需求，設置USmin=9V，Udrop=4.5V，tdrop=300ms，Ri=0Ω，測試次數1次。測試SGM63600的空載輸出工作特性。

3.3.3 客戶濾波電路測試波形

圖38 電源電壓瞬態跌落抗擾度測試波形（基于客戶濾波電路）

3.3.4 簡化濾波電路測試波形

圖39 電源電壓瞬態跌落抗擾度測試波形（基于簡化濾波電路）

3.3.5 測試結果

1) 連接客戶濾波電路測試時，SGM63600輸出電壓正常。符合ISO16750-1:2018中，功能性能等級A的要求。

2) 連接簡化濾波電路測試時，SGM63600輸出電壓正常。符合ISO16750-1:2018中，功能性能等級A的要求。

3.4 對電壓驟降的復位性能

3.4.1 測試目的

模擬電壓跌落情況，脈沖波形如圖40所示，評估測試SGM63600電源系統的復位功能是否符合設計。

圖40 復位試驗供電電壓[4]

3.4.2 測試條件

根據ISO16750-2:2012標準，結合客戶需求，如圖40所示，供電電壓以5%間隔，首先從USmin降到0.95USmin，保持5s，再上升到USmin，保持10s，然后將電壓降至0.9USmin，保持5s，再上升至USmin，如此類推直至供電電壓降低到0V，電壓又重新升到USmin。電壓誤差：±0.2V，時間誤差：±5%。設置USmin=10.5V，Ri=0Ω，測試次數1次。測試SGM63600的空載輸出工作特性。

3.4.3 客戶濾波電路測試波形

圖41 復位性能抗擾度測試波形（基于客戶濾波電路）

3.4.4 簡化濾波電路測試波形

圖42 復位性能抗擾度測試波形（基于簡化濾波電路）

3.4.5 測試結果

1) 連接客戶濾波電路測試時，在輸入電壓驟降至50%之前，SGM63600輸出電壓正常，輸入電壓驟降至50%之后，首先受SGM63600最大占空比限制，隨后在芯片的輸入電壓VBAT_DC跌落至4V之后，觸發SGM63600的UVLO，芯片停止工作，輸出電壓跌落。輸入電壓恢復正常后，SGM63600輸出電壓自動恢復正常，復位功能正常。符合ISO16750-1:2018中，功能性能等級B的要求。

2) 連接簡化濾波電路測試時，復位功能正常。符合ISO16750-1:2018中，功能性能等級B的要求。

3.5 啟動特性

3.5.1 測試目的

模擬汽車啟動階段造成的電壓跌落干擾（如Cold Crank），脈沖波形如圖43所示，評估測試SGM63600電源系統對此電壓跌落脈沖的抗擾度。

圖43 啟動電壓曲線[4]

3.5.2 測試條件

圖43所示脈沖波形的具體參數根據啟動工況和蓄電池能量存儲情況可分為四種擾動等級。根據ISO16750-2:2012標準，結合客戶需求，分別設置Level Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四個擾動等級，每個等級測試10次，每次間隔2s。測試SGM63600的空載輸出工作特性。

3.5.3 客戶濾波電路測試波形

(a) Level Ⅰ

(b) Level Ⅱ

(c) Level Ⅲ

(d) Level Ⅳ

圖44 啟動特性抗擾度測試波形（基于客戶濾波電路）

3.5.4 簡化濾波電路測試波形

(a) Level Ⅰ

(b) Level Ⅱ

(c) Level Ⅲ

(d) Level Ⅳ

圖45 啟動特性抗擾度測試波形（基于簡化濾波電路）

3.5.5 測試結果

1) 連接客戶濾波電路測試時，SGM63600輸出電壓正常。符合ISO16750-1:2018中，功能性能等級A的要求。

2) 連接簡化濾波電路測試時，SGM63600輸出電壓正常。符合ISO16750-1:2018中，功能性能等級A的要求。

3.6 反向電壓

3.6.1 測試目的

模擬輔助啟動汽車時，電極極性反接的現象，評估測試SGM63600電源系統對此極性反接的抗擾度。

3.6.2 測試條件

根據ISO16750-2:2012標準，結合客戶需求，在濾波電路輸入端接入反向電壓-14V，模擬電池反接，反接時間10s。測試SGM63600的空載輸出工作特性。

3.6.3 客戶濾波電路測試波形

(a) 常規條件

(b) EC2+330μF

圖46 反向電壓抗擾度測試波形（基于客戶濾波電路）

3.6.4 簡化濾波電路測試波形

圖47 反向電壓抗擾度測試波形（基于簡化濾波電路）

3.6.5 測試結果

1) 連接客戶濾波電路測試時，SGM63600輸出電壓在輸入反壓4.3s后出現跌落，在輸入電壓恢復正常后，輸出恢復正常。符合ISO16750-1:2018中，功能性能等級B的要求。若在VBAT_D與GND之間增加一個330μF/50V的鋁電解電容以增加保持時間，則反壓期間，SGM63600輸出電壓正常，可達到ISO16750-1:2018中，功能性能等級A的要求。

2) 連接簡化濾波電路測試時，SGM63600輸出電壓在輸入反壓4.3s后出現跌落，在輸入電壓恢復正常后，輸出恢復正常。符合ISO16750-1:2018中，功能性能等級B的要求。

04保持時間測試

4.1 測試目的

針對SGM63600的抗擾度評估是基于輸出空載，以及當前客戶濾波條件下220μF/35V的支撐電容。與支撐電容的容值呈正比關系的保持時間對部分電磁干擾項起至關重要的作用，本節測試客戶濾波條件下不同負載的保持時間，為衡量不同負載條件下SGM63600對各項干擾的抗擾度提供參考。

4.2 測試條件

電路穩定工作后，斷開12V輸入的電源，測試SGM63600在不同負載下的保持時間。

4.3 客戶濾波電路測試波形

(a) Vin=12V，5V/0A輸出時，保持時間為4.53s

(b) Vin=12V，5V/0.5A輸出時，保持時間為4.26ms

(c) Vin=12V，5V/1A輸出時，保持時間為2.1ms

(d) Vin=12V，5V/2A輸出時，保持時間為0.975ms

(e) Vin=12V，5V/5A輸出時，保持時間為0.324ms

(f) Vin=12V，5V/9A輸出時，保持時間為0.15ms

圖48 保持時間測試波形

4.4 測試結果

SGM63600芯片的輸入電壓VBAT_DC跌落至5.2V附近時，輸出電壓開始跌落。保持時間與輸出電流接近線性反比變化，可為衡量不同負載條件下SGM63600對各項干擾的抗擾度提供參考。

參考資料

[1] SG Micro Corp. SGM63600 Datasheet [EB/OL]. (2023-11). https://www.sg-micro.com/uploads/soft/20231118/1700299536.pdf.

[2] Road vehicles-Electrical disturbances from conduction and coupling-Part 2: Electrical transient conduction along supply lines only: ISO_7637-2: 2011[S].

[3] Road vehicles-Electrical disturbances from conduction and coupling-Part 2: Electrical transient conduction along supply lines only 2004[S].

[4] Road vehicles-Environmental conditions and testing for electrical and electronic equipment-Part 2:Electrical loads: ISO_16750-2: 2012[S].

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