LTspice：ISO 7637-2和ISO 16750-2瞬變模型

在汽車產(chǎn)品設計階段的早期仿真ISO 7637-2和ISO 16750-2瞬變，可以查明在電磁兼容性（EMC）測試期間可能發(fā)現(xiàn)的問題。如果產(chǎn)品未通過EMC測試，則需要修改硬件，項目進度受到影響，并且在新硬件上重復測試會產(chǎn)生額外的成本?；ㄙM幾分鐘或幾小時來仿真LTspice中的保護電路有助于避免由于EMC故障而導致昂貴的硬件重新旋轉(zhuǎn)。

ISO 7637-2 和 ISO 16750-2 是設計汽車電子產(chǎn)品的工程師遇到的最常見規(guī)范。這兩個規(guī)范描述了潛在的破壞性瞬變和推薦的測試程序，以確保電子設備得到適當?shù)谋Ｗo。

對于 ISO 16750-2 和 ISO 7637-2 規(guī)范中的每個瞬態(tài)條件，建議使用“等級”操作，其中“A 級”是最嚴格的要求，“E 級”是最不嚴格的要求。ISO 16750-1：2006 規(guī)范中提供了 A 類到 E 類的定義，并且為了便于參考，它們也包含在本文檔的末尾。

模擬瞬態(tài)

在設計階段的早期仿真ISO 7637-2和ISO 16750-2瞬變，可以在ISO 7637-2和ISO 16750-2測試期間導致代價高昂的故障之前突出潛在問題。LTspice中的ISO16750-2和ISO7637-2符號通過提供一套幾乎完整的ISO 7637-2和ISO 16750-2瞬變來簡化這項任務。

在LTspice原理圖中使用這些符號時，可以通過右鍵單擊符號，然后雙擊“SpiceModel”字段以打開如下所示的下拉菜單來選擇測試條件。

由于采用 12V 電源和 24V 電源供電的設備要求不同，因此每種電源都提供了單獨的型號。對應于12V電源的型號名稱中帶有“_12V”，對應于24V電源的型號名稱中帶有“_24V”。.

由于許多汽車制造商維護自己的獨立于國際標準化組織的規(guī)范，因此這些符號已使用允許通過“值”字段進行自定義的參數(shù)創(chuàng)建，如下所示。以下各節(jié)將介紹每個波形的參數(shù)。

對于以下所有條件，都有一個 t0 參數(shù)，用于定義何時應用條件。它不是 ISO 7637-2 或 ISO 16750-2 規(guī)范的一部分;它僅用于LTspice模型。

ISO 7637-2：2011 脈沖 1

脈沖 1 描述了與電源的連接中斷時，與感性負載并聯(lián)的電子設備觀察到的負瞬態(tài)。

要求：脈沖 1 必須至少重復 500 次。A 類到 E 類操作由車輛制造商和設備供應商協(xié)商。由于在測試過程中有效地斷開了電源，因此如果設備在重新接通電源后在沒有用戶干預的情況下恢復正常運行，則通常將其定義為A類。

ISO 7637-2 脈沖 1 示例電路

ISO 7637-2：2011 脈沖 2a

脈沖2a描述了當電流中斷到與被測電子器件并聯(lián)的電路時可能發(fā)生的正電壓尖峰。如果線束中積聚電流，當設備突然停止吸收電流時，線束電感中存儲的能量可能會導致電壓尖峰。該正尖峰的能量受到串聯(lián)電阻的限制。

要求：脈沖2a必須至少重復500次。A 類到 E 類操作由車輛制造商和設備供應商協(xié)商，通常為 A 類。

ISO 7637-2：脈沖2a示例電路

ISO 7637-2：2011 脈沖 2b

脈沖 2b 定義了當點火開關(guān)關(guān)閉且直流電機充當發(fā)電機時發(fā)生的情況。例如，如果加熱器在駕駛員關(guān)閉汽車時正在運行，則鼓風機電機可以在系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)時短時間內(nèi)為系統(tǒng)提供直流電源。

要求：脈沖2b必須至少重復10次。A 類到 E 類操作由車輛制造商和設備供應商協(xié)商。由于在測試過程中有效地斷開了電源，因此如果設備在重新接通電源后在沒有用戶干預的情況下恢復正常運行，則通常將其定義為A類。

ISO 7637-2：脈沖2b示例電路

ISO 7637-2：2011 脈沖 3a

脈沖 3a 定義了開關(guān)過程（包括開關(guān)和繼電器之間的電弧）可能產(chǎn)生的負尖峰。對于此規(guī)格，能量受50Ω串聯(lián)電阻的限制。

要求：脈沖3a應重復使用一小時。A 類到 E 類操作由車輛制造商和設備供應商協(xié)商，通常為 A 類。

ISO 7637-2：脈沖3a示例電路

ISO 7637-2：2011 脈沖 3b

脈沖 3b 定義了開關(guān)過程（包括開關(guān)和繼電器之間的電?。┛赡墚a(chǎn)生的正尖峰。對于此規(guī)格，能量受50Ω串聯(lián)電阻的限制。

要求：脈沖3b應重復使用一小時。A 類到 E 類操作由車輛制造商和設備供應商協(xié)商，通常為 A 類。

ISO 7637-2：脈沖3b示例電路

ISO 16750-2：2012 §4.2 直流電源電壓

ISO 16750-2 第 4.2 節(jié)定義了最小和最大電源電壓。該規(guī)范定義了最小電源電壓的多個“代碼”，車輛制造商和設備供應商之間協(xié)商適當?shù)碾娫措妷捍a。該模型沒有提供LTspice模型，因為它只是一個恒定電壓，但下面列出了條件，以便于參考。

要求：A級（連續(xù)運行）。

ISO 16750-2：2012 §4.3 過電壓

ISO 16750-2 第 4.3 節(jié)描述了“過壓”要求。第一個要求持續(xù)60分鐘，模擬穩(wěn)壓器失效的情況。對于 12V 系統(tǒng)，施加 18V;對于 24V 系統(tǒng)，采用 36V。根據(jù)應用的不同，在執(zhí)行測試時，設備可能不需要正常運行，但在消除測試條件后必須恢復正常運行。第二個測試條件僅適用于 12V 系統(tǒng)，并模擬施加 24V 時跨接啟動 60 秒。同樣，在測試過程中，設備可能不需要正常運行。

沒有為這種情況提供LTspice模型，因為它只是一個電壓源。

要求：請參閱 ISO 16750-2：2012 規(guī)范。

ISO 16750-2：2012 §4.4 疊加交流電壓

第4.4節(jié)提供了“模擬直流電源上的剩余交流電”的測試條件。在此測試中，串聯(lián)阻抗在50mΩ和100mΩ之間的交流電壓從50Hz多次掃描至25kHz。電壓的上限對于12V系統(tǒng)為16V，對于24V系統(tǒng)為32V。峰峰值電壓由下面列出的“嚴重性級別”定義，頻率在 10 分鐘內(nèi)以對數(shù)三角形掃描五次。

要求：A類

ISO16750-2：4-4疊加交流電壓示例電路

ISO 16750-2：2012 §4.5 電源電壓的緩慢降低和增加

第4.5節(jié)“電源電壓的緩慢降低和增加”模擬電池緩慢放電然后充電。測試從Usmin的電源電壓（最小電源電壓）開始，然后以0.5V/分鐘的速率放電至0V。達到0V后，電源以相同的速率返回Usmin。

在ISO 16750-2中，最小電源電壓Usmin由規(guī)范第4.2節(jié)中的代碼A至代碼E標識。下面復制了這些代碼，以便于參考。

顯然，沒有必要連續(xù)運行，但此測試驗證硬件不會出現(xiàn)故障。

要求：請參閱 ISO 16750-2：2012 規(guī)范。

ISO16750-2：4-5電源電壓緩慢降低和增加示例電路

ISO 16750-2：2012 §4.6.1 電源電壓的不連續(xù)性

第 4.6.1 節(jié)“電源電壓的不連續(xù)性”試圖模擬另一個電路中的故障，該故障導致電源驟降，直到另一個電路的保險絲熔斷。在該測試中，電源從最小電源電壓Usmin開始，然后下降100ms，最后恢復到Usmin。下降和恢復的上升時間和下降時間都快于10ms。對于 12V 系統(tǒng)，電源電壓降至 4.5V，對于 24V 系統(tǒng)，電源電壓降至 9V。

在ISO 16750-2中，最小電源電壓Usmin由規(guī)范第4.2節(jié)中的代碼A至代碼E標識。下面復制了這些代碼，以便于參考。

在仿真中，電源在仿真的10秒時間點下降。

要求：B類。車輛制造商和設備供應商可能同意允許重置。

ISO16750-2：4-6-1 12V瞬時壓降示例電路

ISO 16750-2：2012 §4.6.2 壓降時的復位行為

第 4.6.2 節(jié)“壓降時的復位行為”規(guī)定了一系列 5 秒的電源驟降，每個脈沖的電壓低于前一個脈沖。目的是驗證器件在電源驟降后是否正確復位。在測試期間，每次 5 秒的下跌都比前一次低 5%，并且在每次下跌之間至少恢復到 Usmin 10 秒。

在ISO 16750-2中，最小電源電壓Usmin由規(guī)范第4.2節(jié)中的代碼A至代碼E標識。下面復制了這些代碼，以便于參考。

要求：C類。

ISO 16750-2：2012 §4.6.3 啟動配置文件

第 4.6.3 節(jié)指定了代表車輛啟動配置文件的波形。它應用于被測試的設備 10 次。所需的確切電壓和持續(xù)時間取決于所需的 I、II、III 或 IV 級，具體取決于應用。

要求：請參閱 ISO 16750-2：2012 規(guī)范。

ISO 16750-2：2012 §4.6.4 無集中式拋負載抑制的拋負載 – 測試 A

第 4.6.4.2.2 節(jié)“試驗 A – 無集中拋負載抑制”規(guī)定了交流發(fā)電機為電池充電且電池連接斷開時發(fā)生的瞬態(tài)?！盁o集中拋負載抑制”表示交流發(fā)電機不包含箝位二極管。對于帶箝位二極管的交流發(fā)電機，請改用測試 B。如果您不熟悉這種區(qū)別，請參閱文章中的更詳細說明：

低靜態(tài)電流浪涌抑制器：符合 ISO 7637-2 和 ISO 16750-2 標準的可靠汽車電源保護

要求：每 1 分鐘進行 10 次脈沖。C類。

16750-2：2012 §4.6.4 具有集中式拋負載抑制的拋負載 – 測試 B

第 4.6.4.2.2 節(jié)“測試 B – 具有集中拋負載抑制”規(guī)定了交流發(fā)電機為電池充電且電池連接斷開時發(fā)生的瞬態(tài)。“具有集中拋負載抑制功能”表示交流發(fā)電機包含箝位二極管。對于不帶鉗位二極管的交流發(fā)電機，請改用測試 A。如果您不熟悉這種區(qū)別，請參閱文章中的更詳細說明：

低靜態(tài)電流浪涌抑制器：符合 ISO 7637-2 和 ISO 16750-2 標準的可靠汽車電源保護

要求：每 1 分鐘進行 5 次脈沖。C類。

ISO 16750-2：2012 §4.7 反向電壓

ISO 16750-2的第4.7節(jié)描述了“反向電壓”或大多數(shù)汽車工程師簡稱為“反向電池”。如您所料，這涵蓋了人為錯誤場景，即有人連接極性反轉(zhuǎn)的電池。此處模擬了“案例2”，它要求在所有輸入端施加反向測試電壓60秒，以確保系統(tǒng)正常運行而不會損壞。

ISO 16750-2 也允許對 12V 系統(tǒng)使用替代測試條件“案例 1”，前提是沒有與交流發(fā)電機串聯(lián)的保險絲，并且交流發(fā)電機的整流二極管通過傳導反向連接電池提供的大量電流來限制電壓。使用情況1時，施加4V反向電壓60秒。

要求：更換熔斷保險絲后為 A 級。

ISO 16750-2：2012 §4.9 開路測試

第 4.9 節(jié)介紹了“線路中斷”測試，并描述了確保設備在斷開連接然后恢復后恢復正常運行的過程。在此測試期間，電路打開 10 秒，然后恢復。第 4.9 節(jié)還包括此處未涵蓋的“多線路中斷”要求。

要求：C類。

ISO 16750-2：2012 §4.8、§4.10、§4.11、§4.12 和 §4.13 測試

這些部分未納入LTspice仿真模型，因為測試的性質(zhì)超出了單個預定義模型的范圍。特別值得注意的是§4.10短路保護測試，它要求將每個輸入和輸出連接到最大電源電壓和接地60秒。這些可能特別具有挑戰(zhàn)性，建議廣泛模擬和測試條件。

ISO 16750-2：2012 §4.8 接地參考和電源偏移

ISO 16750-2：2012 §4.10 短路保護

ISO 16750-2：2012 §4.11 耐壓

ISO 16750-2：2012 §4.12 絕緣電阻

ISO 16750-2：2012 §4.13 電磁兼容性

結(jié)論

LTspice中的ISO16750-2和ISO7637-2符號提供了ISO 7637-2和ISO 16750-2規(guī)范描述的瞬態(tài)仿真模型。在產(chǎn)品開發(fā)的設計階段仿真保護電路有助于避免在硬件EMC測試期間發(fā)生的故障。顯然，當考慮到最終EMC測試失敗所產(chǎn)生的成本時，前期在仿真上花費的努力是值得的。

附錄：ISO 16750-1：2006 §6 功能狀態(tài)分類

ISO 16750-1：2006 中對 A 類到 E 類操作的定義如下：

審核編輯：郭婷