基于ISO7637-2传导抗扰度测试解析

杨英振 赵光亮 史家涛 刘栋 孙博

摘要： 随着现代汽车工业发展，大量的车载电子设备已经广泛应用于汽车电子中，例如车载导航系统、动力控制系统、安全防护系统等。各类型的车载电子设备需要有稳健的供电系统方可稳定工作，相互配合。其中，车载电气环境中沿电源线的传导骚扰是造成车载电子设备失效的关键因素，ISO7637-2标准中则规定了车载电子设备沿电源线传导和耦合引起的电瞬态骚扰的测试方法，关注车载电子设备传导抗扰度问题。本文研究ISO7637-2的各类脉冲模型以及产生机理。

Abstract： The development of the modern automobile industry has made a large number of on-board electronic equipment widely used in automotive electronic， such as on-board navigation systems， power control systems， safety protection systems， etc. Various types of in-vehicle electronic equipment work stably and cooperate with each other， requiring a stable power supply system. Among them， the conduction disturbance along the power line in the vehicle electrical environment is the key factor that causes the failure of the vehicle electronic equipment. The ISO7637-2 standard specifies the test method for the electrical transient disturbance caused by the conduction and coupling of the vehicle electronic equipment along the power line. Pay attention to the conduction immunity of vehicle electronic equipment. This article mainly studies the various pulse models and generation mechanisms of ISO7637-2.

关键词： 供电系统;ISO7637-2;脉冲

Key words： power supply system;ISO7637-2;pulse

中图分类号：TM314.2                                      文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2022）03-0041-04

0  引言

車载电子设备的供电系统和普通工业电源系统复杂，汽车电子内部的电磁环境较为恶劣，工作时会产生大量的电磁辐射，且频谱很宽，甚至达几十GHz，并通过传导以及辐射的方法，耦合到设备供电系统内，导致大量的车载电子设备工作失效。其中，沿电源线的瞬变传导骚扰是引起车载设备失效最主要的原因，影响范围也是最大的。

ISO7637系列标准分为三个部分。第1部分：定义和一般描述;第2部分：沿电源线的电瞬态传导;第3部分：沿电源线外的导线通过容性和感性耦合的电瞬态发射。ISO7637-2主要研究道路车辆通过传导和耦合引起的电干扰理论和方法，提出了沿电源线的电瞬态传导及测试方法，主要应用在12V/24V的电气系统车辆。

本文主要阐述ISO7637-2中的5种电源测试抗扰度产生机理，逐一分析测试波形和防护方法。

1  测试脉冲参数

1.1 测试脉冲1

测试脉冲1主要适用于各种电子设备在汽车上使用时，与感性负载保持直接并联供电的情况，用于模拟电源与感性负载瞬间断开时所产生的浪涌现象。当图1所示开关发生断开时，感性负载需要维持原来的电流流动及续流，因此会对蓄电池零部件产生较大幅度的负脉冲干扰。测试脉冲1的电路等效模型及脉冲见图1所示。

P1脉冲中的设备内阻较大（10～50Ω）、电压很高（几十伏至几百伏）、上升沿较快（微秒级）和周期较大（毫秒级）的负脉冲。在ISO7637-2标准中属于中等速度和中等能量的脉冲干扰，被测试设备较易产生误动作以及会对元器件损伤两方面的作用。表1为测试脉冲1参数。

由于是负脉冲，一般的反接保护和大电容能够对电子设备进行直接的保护。

1.2 测试脉冲2a

测试脉冲2a主要适用于负载突然中断后，感性设备仍需要维持原来的电流的情况，用于模拟线束电感下，与电子设备并联的装置内突然断开所引起的瞬态现象。该测试中感性设备就会产生一个幅度较高的正脉冲电压传导到电子设备DUT。测试脉冲2a的电路等效模型及脉冲见图2所示。

P2a中汽车电子线束的电感量较小，脉冲的幅度不高，上升沿较快、周期较小和内阻较小。在ISO7637-2测试脉冲中中属于能力较小和速度偏快的脉冲干扰。和P1脉冲较为一致，但属于正脉冲。表2为测试脉冲2a参数。

1.3 测试脉冲2b

测试脉冲2b模拟直流电机充当发电机，在点火开关断开时，直流电机充当发电机，对其并联的被测试设备产生的负向脉冲的浪涌现象。当点火开关T15断开，电机和被测试设备的电压开始降低，电机在惯性的作用下继续运转，此时变为发电机，继续给被测试设备供电，产生对被测试设备的脉冲干扰。

测试脉冲2b的电路等效模型及脉冲见图3所示。

P2b电压不高（大体和系统的电源电压相当）、前沿较缓（毫秒级）、宽度很大（达到秒级）和内阻很小的脉冲，属于低速和高能量的脉冲干扰。表3为测试脉冲2b参数。

1.4 测试脉冲3a/3b

P3a和3b模拟开关过程中由于线束的分布电感和分布电容的影响而引起的瞬态现象。3a，3b属于高速、低能量的小脉冲群，易引起数字开关电路的误动作。测试脉冲3a/3b的电路等效模型及脉冲见图4所示。测试脉冲3a/3b参数见表4和表5。

1.5 测试脉冲4

测试脉冲P4模拟发动机启动时，起动机工作对蓄电池电源电压的降低。该波形已从ISO7637-2中移除，放入ISO16750-2电气负荷中，不过仍在本文的讨论范围。

当蓄电池有非常大的能量需求或起动机工作时，负载对电流的需求非常大，会对系统的供电产生非常大的影响，从而致使系统电压跌落。

这种现象在寒冷的冬天，尤其是我们的东北，现象极为明显，电压跌落也会非常大。在试验标准中会依据各地的温度情况自定义各电压参数，表6中仅列出较常见的电气参数。

1.6 测试脉冲5a/5b

测试脉冲5为在车辆控制系统中，汽车电子产品，例如电子控制单元、传感器、执行器尤其是大电流负载等都连在同一条线上，蓄电池和发电机同为蓄电池，向汽车电子供电。测试脉冲5a（抛负载现象）是蓄电池处于电力缺乏状态，发电机正在给蓄电池以非常大的电流充电，此时蓄电池电源线突然断开。这一充电过程中，被测试设备将承受非常高的浪涌电压，其中电压幅值取决于蓄电池的充电电流大小、充电电压大小、线缆长度和发电机内二极管的限幅大小。且发电机励磁线圈中的参数决定了产生脉冲电压的宽度。如果被测试设备电源输入部分没有设计保护电路，等效为测试脉冲P5a，当抛负载发生时，电源输入部分很有可能被高浪涌电压损坏。测试脉冲5a/5b的电路等效模型及脉冲波形见图5。

抛负载可能产生的原因是：因电缆老旧、接触不好以及发动机正在运转时，突然断开与电池的连接。（如保险丝熔断、修理断开蓄电池等）。

P5a测试脉冲的幅度较高（200V，甚至更高），冲击能量大（宽度几百毫秒），内阻较低（根据发电机的类型而定），所以在传导抗扰度中，P5a属于破坏性极高的脉冲。需要专门抗浪涌进行防护。

P5b为发电机内置了钳位二极管，對最高电压进行钳位，对电子设备的冲击则相对较小，较易防护。

2  测试设备参数描述

针对这5类测试脉冲波形电压幅值、宽度、时间等特性参数，可分为三种测试设备。

设备1为瞬变脉冲干扰模拟器，将电快速瞬变脉冲干扰波形P3a/3b、P1、P2a脉冲模块和耦合网络集成在同一台设备中。该干扰模拟器能够满足各类型国际标准和全球大多数汽车制造商的标准要求，并且可由用户需要定制各种波形模拟发生器。根据型号的不同，内置耦合网络的最大电流可达到100A。其更高的脉冲电压、频率，可以自动设定上升、下降，用于寻找被测品的敏感点，已超出标准的要求。

设备2为抛负载模拟器，主要模拟交流发电机正在向电池输入电流的过程当中，蓄电池与交流发电机突然断开连接（例如：老旧造成的断开）的情况下产生的抛负载高能量脉冲，。模拟脉冲P5a和具有钳位电压脉冲P5b这种高能量脉冲，持续时间数百毫秒。该系列模拟器所产生的抛负载脉冲可满足ISO 7637测试标准中的各类参数，还可以产生SAE J1113、SAE J1455、JASO以及其他汽车厂家标准例如克莱斯勒、福特、尼桑、通用、大众等。

设备3可作为电池供电模拟和直流电压源使用。在实验室测试时，该设备可替换车辆蓄电池。P2b、P4、正弦波噪声和其它复杂电压变化模拟测试都可以由该系列模拟器来实现。该系列可以模拟符合国际标准和众多汽车厂家标准要求的各类型供电波形。作为强大的直流供电设备，在瞬变脉冲测试中对被试设备供电，满足全部三种供电电压类型。且同时也能满足符合国际标准和众多汽车厂家标准要求的多种电池供电波形模拟测试。

3  总结

电源线上面的瞬态浪涌主要来源于电感的能量释放，前置动作是开关的闭合或打开。电感可能是来源于感性的负载、线路杂散电感等。很多人觉得这个很神秘，其实这个电感，是真实存在电路中的。对于这些常见的浪涌，电子工程师在实践中逐渐总结出几种比较有代表性的浪涌波形，形成了一整套测试或验证的标准，即为ISO7637-2。

本文讲解了车载电子沿电源线的传导骚扰ISO7637-2中各类脉冲波形形成机理的电路等效模型、脉冲波形以及相关相关防护方法，最后本文介绍了这5类测试脉冲测试所使用的测试设备以及工作原理等。

参考文献：

[1]庄奕琪.电子设计可靠性工程[M].陕西：西安电子科技大学出版社，2014.

[2]黄智伟.全国大学生电子设计竞赛技能训练[M].北京：北京航空航天大学出版社，2011.

[3]孙青，庄奕琪，王锡吉，等.电子元器件可靠性工程[M].北京：电子工业出版社，2002.

[4]陆廷孝.可靠性设计与分析[M].北京：国防工业出版社，2011.

[5]朱玉龙.汽车电子硬件设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，2011.

[6]郑军奇.EMC电磁兼容设计与测试案例分析[M].北京：电子工业出版社，2011.

[7]姚亚夫，周海军.汽车抛负载电压的理论与试验研究[J].汽车工程，2002（05）.

[8]严伟.汽车电子芯片EMC测试标准研究[J].安全与电磁兼容，2012（02）.

[9]方文潮.汽车电子测试系统电骚扰脉冲的阐述及校准[J].电子质量，2010（12）.

[10]赵志刚.车用发电机抛负载的保护设计[J].汽车电器，2013（10）.

[11]候磊，范旭红，杜长虹，陆焦，邱单丹，刘太刚，肖贺平.多合一电驱动系统的结构原理及CAE仿真分析[J].微特电机，2019，47（10）：1-5，10.