保护汽车电子系统中的数据线与电源线(2)

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这个办法的实质是在USB接口附近连接一个保护元器件。它由几支采用轨对轨结构的二极管组成,本身具有低电容的特性。内部钳位器件为两条数据线提供±25kV ESD (ISO10605)保护功能,以及为Vbus电源线提供保护功能。

  还有一种方法可以检查这个轨对轨保护元器件对USB协议正常工作模式的影响,就是通过图4的眼图响应来分析信号数据位的完整性。

 轨对轨保护解决方案的另一个优点是在插接外部配件时(例如汽车音响系统),能够抑制发生在外部接口上的ESD电涌。

  如果继续使用这个2.5pF内部电容的轨对轨保护元器件,假设内部钳位电压(Vbr击穿电压)为6V,则可以预测空气放电响应ESD ±25kV ISO10605 (150pF/330)。当施加+25kV的ESD电涌时,模块电子侧的剩余过压大约为+35V;当施加-25kV的ESD电涌时,模块电子侧的剩余过压大约为30V 。

  电源线保护

  车载模块的电源线保护是在汽车环境中需要关注的另一个问题,这个问题涉及ISO7637-2标准。

  例如,为满足ISO7637-2标准,特别是图1中的1、2、3a和3b的脉冲要求,只使用一个瞬变电压抑制器(TVS)即可有效保护车载模块。

当承受图1中的1、2、3a和3b的脉冲时,该保护电路的特性如图6、图7、图8、图9和图10所示。



  我们要解决的问题是根据所要消除的电涌来确定保护元器件的参数。以图8中的ISO7637-2 脉冲2为例,不难看出,抑制器上的钳制电压大约是30V,峰值脉冲电流 (Ip)大约是12A,在Ip/2点测得电流脉冲时长(tp)是4μs。因此,可判定TVS必须消耗360W的最大脉冲功率(Pp) 。所有这些Pp、Ip和tp值是有用的,因为它们可以帮助比较TVS数据表中的峰值脉冲功率对指数脉冲时长的曲线,以确保TVS在应用的限制范围内。
结论

  以SMAJ24A为例,从产品数据表摘取这些参数与图11的曲线进行比较,发现SMAJ24A符合ISO7637-2脉冲2测试的要求,可承受长达1.2ms的360 W指数脉冲,这个数值远远高于ISO7637-2脉冲2电涌强制的4μs时长。



  汽车环境是电气危害的主要源头,电子设备越来越容易受到干扰,所以在设计电子模块时,必须慎重考虑电气危害。为了确保电子模块和系统的安全,防护汽车内部产生的各种电气危害,使用保护元器件成为了一种常用的方法。

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