ISO7637-2的5a波形怎么选择TVS的功率？

对于做汽车电子硬件设计的工程师来说，ISO7627-2这个标准是绝对不会陌生，这个测试项目就是电源线瞬态传导抗扰度，只因为电源线瞬态传导抗扰度的这几个测试波形太出名了，分别是波形1，2a，2b，3a，3b，4，5a，5b（如下截图是从ISO7637-2 2004版中截取的，在2011版的ISO7637中波形1和2a这两个的测试脉冲数已经改成500了）。

对于从1到4的几个波形，基本上都是一些时间极短的脉冲，虽然正负电压的幅值很高，但是能量很小，基本上电路上不用做太多特殊的防护，单靠一般的电源芯片的电气特性就能防护下来，而对5a，5b波形，就需要做专门的应对了，而应对方法就是增加一个防浪涌的TVS管了。

在介绍TVS选型的时候，先简单的介绍一下5a和5b这两个波形。

波形5的名称又叫做抛负载测试，在ISO16750-2中有定义，这个测试是对负载突降瞬态的模拟，该负载突降是在交流发电机产生充电电流且此时交流发电机电路上仍有其他负载的情况下断开放电电池的情况下发生的；负载突降幅度取决于交流发电机的速度以及电池断开时交流发电机励磁的水平。这就是我们的5a波形的来历了。

当不良接触点1突然断开，G2又在发电，这时候DUT的3就承受了一次完整的抛负载。（这个工况可能比较少见，但是在一些赛车运动中，为了尽可能的减少车身重量，在车辆完成启动后，是会把蓄电池拆下来的）

抛负荷脉冲的持续时间主要取决于励磁电路的时间常数和脉冲幅度。在目前大多数新的交流发电机中，都会通过添加限制二极管来抑制（钳位）负载突降幅度。将脉冲的最大电压值限制在35V，这就是5b波形的来历了。（下面这个电路图就是5b波形的由来了）

由此来说，5a波形的严酷程度肯定是远超5b波形的，更高的幅值带来的是更高的能量，因此吸收这么大的能量，需要更大功率的TVS二极管来进行电源输入口的保护了。

那进入到今天的正题，怎么选择TVS的功率？首先就要搞清楚脉冲的能量有多大。

根据在ISO7637-2中的定义，最严苛的参数肯定是电压幅值最高，持续时间最长。那取值为Us=87V，Td=0.4s。

5a波形的方程式为：

其中：

Uo为波形发生器的开路电压；

Ri为波形发生器的内阻；

RL为波形发生器的负载电阻；

由此可以推导出波形发生器瞬时电流就是电压除以负载电阻，公式如下：

这样，波形发生器的瞬时功率就是P=U*I：

那么波形的能量就是功率在时间上的积分：

对于以上公式的化简结果就是下面这个，一个完整波形的能量公式：

我们取值Ri=RL，这样的话Uo=2Us。根据ISO7637-2中的结论，内阻和负载电阻都取2Ω的时候是一个最优的选择，对线束和连接器的影响都可以忽略。

在标准里面，定义的5a波形的参数如上图所示，Us取96V，波形的定义为100V±10V。Td的时间是400ms±80ms。

按照中位值带入到公式中去计算：

计算的结果是We=434.78W。

我们把所有参数都按照最大的上偏差来计算，这样的话：

计算出来的结果为We=631.3W。

根据上面一堆公式，我们可以得到一个完整的5a的波形的能量最大是631.3W。但是在实际应用中，TVS会将电路钳位在一定的电压以上（一般选用钳位电压为30V的TVS二极管），这样的话，TVS所承受的功率肯定是小了很多。通常选择一个600W的TVS是绰绰有余了。

那现在市面上的发电机也是越来越多的加入了防浪涌的措施，在新款的汽车上或者新能源汽车上，由发电机产生的浪涌都在35V以下或者没有浪涌（需要考虑新能源汽车DCDC的输出干扰）。

我们甚至可以考虑选用更小功率的TVS来降低成本，不过计算终归是理论计算，在我们选择600W或者更低的400W的TVS的时候，可能由于板内的感性负载等各种复杂的情况，最终的评判还是需要交给试验。

以上公式在ISO7637-2标准的附录部分都有呈现，我仅仅只是做了一个搬运工，好奇的来计算一下TVS的选型是否具有理论上的计算来支撑。

审核编辑：刘清