汽車電子電路中的ESD保護(hù)設(shè)計(jì)方案

汽車電子是當(dāng)前一個(gè)熱門開發(fā)領(lǐng)域，中國(guó)汽車市場(chǎng)的蓬勃發(fā)展為本土汽車電子產(chǎn)業(yè)帶來了新的機(jī)遇。越來越多的企業(yè)紛紛加大了在汽車電子產(chǎn)品上的投入力度，包括ECU、ABS、DVD、GPS、HVAC、CANBUS等在內(nèi)的大量汽車電子產(chǎn)品的本土化設(shè)計(jì)制造廠商如雨后春筍般冒升，這也為從事電路保護(hù)設(shè)計(jì)的電子元器件廠商開辟出一片嶄新的天地。

安全、可靠性至關(guān)重要

保險(xiǎn)絲是一類被動(dòng)無源器件，類似一個(gè)開關(guān)。當(dāng)產(chǎn)品出現(xiàn)故障或者發(fā)生意外時(shí)，需要保險(xiǎn)絲能夠安全地在電源部分實(shí)現(xiàn)有效的斷開，不產(chǎn)生明煙/明火，更不能危及操作人員的生命安全。因此，無論任何電子產(chǎn)品，通常無一例外都要配置保險(xiǎn)絲，它也是電子產(chǎn)品安全的保障。

對(duì)于保險(xiǎn)絲而言，最主要的參考指標(biāo)就是安全與可靠性，即在正常工作時(shí)絕對(duì)不可以斷開，當(dāng)后級(jí)的故障發(fā)生時(shí)則必須馬上斷開。保險(xiǎn)絲只有兩個(gè)工作狀態(tài)：導(dǎo)通或者斷開。要保證整個(gè)系統(tǒng)的安全與可靠，保險(xiǎn)絲本身必須首先要滿足這兩點(diǎn)。良好的保險(xiǎn)絲設(shè)計(jì)應(yīng)用必不可少，也是一門精巧的學(xué)問。

電路設(shè)計(jì)人員在選擇保險(xiǎn)絲時(shí)，應(yīng)主要從兩個(gè)方面來考慮：靜態(tài)和動(dòng)態(tài)。靜態(tài)是指電壓、電流、環(huán)境溫度、尺寸、失效電流等；動(dòng)態(tài)則指的是熔斷時(shí)間、熔化熱能值等，這些都是保險(xiǎn)絲產(chǎn)品選擇設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)。其次，通過保險(xiǎn)絲的理論計(jì)算之后，還需要再結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證，借助可靠性分析最終達(dá)成理想的設(shè)計(jì)方案。

創(chuàng)新型汽車電路保護(hù)設(shè)計(jì)

汽車?yán)锩娴碾娐繁Ｗo(hù)無處不在，尤其是現(xiàn)在汽車車身采用了越來越多的智能化電子設(shè)備，把以前純粹的汽車機(jī)械變成了有靈魂的“跑動(dòng)的機(jī)器人”。對(duì)于電子化產(chǎn)品來說，安全是首要的，汽車電路中的保險(xiǎn)絲也因此而變得集成化和小型化。

在汽車電子的開發(fā)中，幾乎每一個(gè)用電設(shè)備都需要一個(gè)保險(xiǎn)絲，通常稱作線纜保護(hù)。保險(xiǎn)絲的主要作用是限制電流的增加，當(dāng)出現(xiàn)意外(例如車禍造成的電源短路故障)，這時(shí)產(chǎn)生的大電流就需要保險(xiǎn)絲馬上把主電源切斷，以避免發(fā)生進(jìn)一步的危險(xiǎn)。傳統(tǒng)的汽車線纜保險(xiǎn)絲的防護(hù)架構(gòu)為多極且分層式，但最次一級(jí)的電子設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，則僅僅是出現(xiàn)故障的單元保險(xiǎn)絲斷掉，而不會(huì)影響到上一級(jí)的電路。但是在汽車改裝的過程中，例如在外部加了一個(gè)大功率音響時(shí)，其取電來自于車身電瓶，如果保險(xiǎn)絲使用不當(dāng)，在需要斷開的時(shí)候沒有斷開，就會(huì)因?yàn)檫@些小故障影響到整車系統(tǒng)的可靠性，造成保險(xiǎn)絲的錯(cuò)誤動(dòng)作，因此，良好的保險(xiǎn)絲設(shè)計(jì)與選擇就顯得尤其重要。

Littelfuse最新推出的針對(duì)汽車控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(CAN)應(yīng)用的電路保護(hù)產(chǎn)品。

為此，新穎的集成化保險(xiǎn)絲(Masterfuse)被融入到了汽車電子的設(shè)計(jì)之中，它將車身整體的過流保護(hù)融合于一體，從而實(shí)現(xiàn)更高級(jí)別的保護(hù)功能。集成化保險(xiǎn)絲產(chǎn)品是一種可配置的保險(xiǎn)絲解決方案，在一個(gè)緊湊的封裝中配有多種不同的保險(xiǎn)絲類型(即MEGA和MIDI)和額定值。這種封裝保險(xiǎn)絲可讓用戶用一個(gè)部件取代配電箱中的多個(gè)分立式保險(xiǎn)絲，從而可省去目前需要使用的螺栓、母線和連接線。通過減少所需接頭的數(shù)量，整個(gè)系統(tǒng)增加了可靠性，同時(shí)降低了成本，每個(gè)集成化保險(xiǎn)絲都可以按照用戶的應(yīng)用進(jìn)行定制，以獲得最優(yōu)化的電路保護(hù)封裝產(chǎn)品。

集成化保險(xiǎn)絲

另一方面，還有一類同步的過壓保護(hù)器件TVS也同樣值得關(guān)注。因?yàn)樵谄囯娮永锩?，所有的電子設(shè)備都面臨靜電(ESD)和負(fù)載突變(LOADDUMP)的威脅，這些過壓?jiǎn)栴}會(huì)對(duì)芯片電路造成永久性的損壞，所以過壓保護(hù)必不可少，同時(shí)，符合這些要求也是ISO7637標(biāo)準(zhǔn)的一部分。在這一方面，Littelfuse汽車等級(jí)的TVS管滿足上述要求，保證汽車電子設(shè)備的安全可靠性。實(shí)際上，TVS的應(yīng)用已較為普遍，長(zhǎng)壽命、高可靠性的運(yùn)行狀態(tài)是汽車等級(jí)TVS所必須要具備的性能，例如通過AEC-Q101認(rèn)證，以滿足汽車整車運(yùn)行的要求。

以汽車電子ESD保護(hù)方案為例，由于按鍵以及USB接口的大量應(yīng)用，使得測(cè)試規(guī)范不斷升級(jí)，ISO10605標(biāo)準(zhǔn)的電防護(hù)要求甚至到了25KV，沒有一個(gè)可靠的電路保護(hù)器件是不能滿足這一要求的。Littelfuse的半導(dǎo)體保護(hù)陣列可以符合整個(gè)電路的ESD測(cè)試要求，例如SP1003可以達(dá)到30KV的測(cè)試指標(biāo)，并且每一條電路都并聯(lián)一個(gè)其中的防護(hù)器件，用以為汽車電子保駕護(hù)航。另外，在數(shù)據(jù)線保護(hù)方面，汽車?yán)锩鍯AN總線的廣泛應(yīng)用把所有的電子部件連在一起進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，針對(duì)CAN芯片的保護(hù)，Littelfuse專用的保護(hù)器件提供了理想的保護(hù)形式，不僅可以滿足ESD保護(hù)，同時(shí)還可以滿足一些浪涌保護(hù)的要求，例如SM24CANA系列典型的應(yīng)用電路提供了共模和差模的雙重保護(hù)。