1．汽車電氣係統簡述

近年來，隨著汽車功能的不斷增加和係統可靠性要求的不斷提高，越來越多的電子控製單元（ECU）beiyinrudaoqicheshejizhong，qichezhongdedianqixitongbiandeyuelaiyuefuza，yijingchengweiqichexitongzongchengdehexin。tongchang
，qichededianqixitongfenweigongdianxitongheyongdianshebeiliangbufen。gongdianxitongshizhigeiyongdianshebeichansheng、分配和傳遞電能裝置的總稱，它包括發電機、蓄電池
、電線束

、開關及繼電器等，具有低壓和直流的特點。汽車用電設備是指汽車電氣係統中需要電源供給的設備
，如：起動機
、空調，音響，車燈
，ABS 等等，其所需的電能由兩個電源供給，即：發電機和蓄電池。其具有單線製供電特點，即：所(suo)有(you)用(yong)電(dian)設(she)備(bei)均(jun)並(bing)聯(lian)。蓄(xu)電(dian)池(chi)和(he)發(fa)電(dian)機(ji)的(de)電(dian)源(yuan)正(zheng)極(ji)和(he)各(ge)用(yong)電(dian)設(she)備(bei)隻(zhi)用(yong)一(yi)根(gen)導(dao)線(xian)相(xiang)連(lian)，而(er)電(dian)源(yuan)的(de)負(fu)極(ji)搭(da)接(jie)到(dao)汽(qi)車(che)底(di)盤(pan)上(shang)
，俗(su)稱(cheng)負(fu)極(ji)搭(da)鐵(tie)，利(li)用(yong)發(fa)動(dong)機(ji)體(ti)
、汽車車架和車身等金屬機體作為一公共電流回路。下圖為一汽車的電氣係統概要框圖（見圖1）。

汽車內的供電是低壓電路的供壓
，屬於安全電壓範圍，其額定電壓有6V
、12V、24V 三種。目前汽油車普遍采用12V 電源
，而柴油汽車則多采用24V 電dian源yuan。汽qi車che發fa動dong機ji點dian火huo係xi和he起qi動dong係xi統tong均jun由you蓄xu電dian池chi供gong電dian，蓄xu電dian池chi為wei直zhi流liu電dian源yuan
，因yin此ci，向xiang蓄xu電dian池chi充chong電dian也ye必bi須xu采cai用yong直zhi流liu電dian方fang式shi。汽qi車che裏li通tong常chang采cai用yong的de矽gui整zheng流liu交jiao流liu發fa電dian機ji其qi本ben質zhi是shi一yi台tai三san相xiang同tong步bu交jiao流liu發fa電dian機ji，通tong過guo矽gui二er極ji管guan整zheng流liu後hou提ti供gong直zhi流liu充chong電dian電dian流liu。

發fa電dian機ji是shi由you汽qi車che發fa動dong機ji拖tuo動dong而er工gong作zuo的de，在zai汽qi車che正zheng常chang運yun行xing時shi，發fa電dian機ji在zai汽qi車che上shang是shi主zhu要yao的de供gong電dian電dian源yuan
，供gong給gei全quan車che除chu起qi動dong機ji外wai的de一yi切qie電dian氣qi設she備bei的de電dian能neng，並bing將jiang多duo餘yu的de電dian能neng向xiang蓄xu電dian池chi充chong電dian，使shi蓄xu電dian池chi始shi終zhong處chu於yu完wan好hao的de荷he電dian狀zhuang態tai。蓄xu電dian池chi是shi供gong電dian係xi統tong的de輔fu助zhu電dian源yuan，當dang發fa動dong機ji處chu於yu起qi動dong或huo低di速su運yun轉zhuan時shi，發fa電dian機ji不bu能neng發fa電dian或huo發fa出chu的de電dian壓ya很hen低di，此ci時shi點dian火huo係xi及ji其qi它ta用yong電dian設she備bei所suo需xu的de電dian能neng則ze完wan全quan由you蓄xu電dian池chi供gong給gei。同tong時shi，當dang用yong電dian設she備bei所suo需xu的de功gong率lv超chao過guo發fa電dian機ji所suo輸shu出chu的de功gong率lv時shi，蓄xu電dian池chi與yu發fa電dian機ji共gong同tong向xiang用yong電dian設she備bei供gong電dian。

在zai發fa電dian機ji供gong電dian的de情qing況kuang下xia


，電dian源yuan係xi統tong中zhong有you很hen高gao的de脈mai衝chong電dian流liu，隨sui著zhe不bu同tong用yong電dian設she備bei的de啟qi用yong或huo關guan閉bi，在zai各ge個ge負fu載zai中zhong的de脈mai衝chong電dian流liu也ye相xiang應ying變bian化hua。因yin此ci，對dui供gong電dian係xi統tong的de要yao求qiu是shi：在車輛各種使用工況條件下
，均能可靠地保證向用電設備供電；各零部件必須符合汽車電氣設備基本技術條件及其專門技術條件的要求。

2．直流電源濾波器的設計原則

越來越多的電子控製、通tong訊xun
，導dao航hang，監jian控kong和he顯xian示shi等deng各ge種zhong功gong能neng的de電dian子zi化hua裝zhuang置zhi應ying用yong到dao汽qi車che設she計ji中zhong。因yin此ci
，必bi須xu考kao慮lv這zhe些xie電dian子zi裝zhuang置zhi工gong作zuo時shi所suo處chu的de電dian氣qi和he電dian磁ci環huan境jing

，它ta可ke能neng對dui周zhou圍wei的de電dian子zi設she備bei造zao成cheng危wei害hai，同tong時shi也ye受shou到dao車che載zai其qi他ta電dian氣qi設she備bei產chan生sheng的de電dian磁ci幹gan擾rao，可ke能neng導dao致zhi電dian子zi裝zhuang置zhi的de功gong能neng降jiang低di、短暫故障甚至永久損壞。這些電磁幹擾往往來自於點火係統、發電機及整流器係
、電機以及執行器等供電係統，而且電磁幹擾的頻帶很寬，且通過傳導
、耦合或輻射的方式
，傳播到車載電子部件或係統中，影響其正常運行。鑒於此
，ISO 7637－2 中規定了沿電源線的電瞬態傳導的幹擾脈衝的抗擾性失效模式、嚴重程度和測量
，適用於各種動力係統的道路車輛，例如：火花點火發動機、電動機、hunhedongliqudongxitongdeng。weilequebaoyongdianshebeizhengchanggongzuo
，mianshoulaizidianyuanxianshangdedianshuntaichuandaoganraomaichong，zhiliudianyuanlvboqideshejichengweiqichedianzichanpinshejizhongdezhongdian。

從廣義範圍上來看

，電源濾波器所起的作用相當於是一個由電感
、電容組成的無源低通濾波器，它能夠將汽車供電係統中的瞬態幹擾信號大幅度衰減或完全濾除

，並能阻止汽車用電設備（如汽車音響等）內部電路設計中產生的幹擾噪聲通過電源線反串入汽車供電係統中，汙染其他的用電設備的電源供電環境。

就直流電源濾波器的形式而言

，其主要有四種網絡結構
，見下圖2。

一般來說,π 形結構可以提供低的輸入輸出阻抗,適於所在電路源阻抗和負載阻抗高的場合;T 形結構可以提供高的輸入輸出阻抗,適用於電源源阻抗和負載阻抗低的場合；L 形結構可以提供高輸入阻抗和低輸出阻抗(或者相反),適於所在電路低源阻抗和高負載阻抗(或者相反)場合。不管選用哪一種形式的濾波網絡結構，都要注意以下設計原則：

　　1) 雙向濾波功能：供電係統對汽車音響提供電流、電(dian)源(yuan)濾(lv)波(bo)器(qi)對(dui)來(lai)自(zi)供(gong)電(dian)係(xi)統(tong)的(de)瞬(shun)態(tai)脈(mai)衝(chong)起(qi)到(dao)濾(lv)波(bo)作(zuo)用(yong)，同(tong)時(shi)，汽(qi)車(che)音(yin)響(xiang)內(nei)部(bu)的(de)各(ge)種(zhong)高(gao)頻(pin)脈(mai)衝(chong)信(xin)號(hao)或(huo)數(shu)字(zi)信(xin)號(hao)因(yin)為(wei)電(dian)源(yuan)濾(lv)波(bo)器(qi)的(de)存(cun)在(zai)，對(dui)汽(qi)車(che)供(gong)電(dian)係(xi)統(tong)的(de)傳(chuan)導(dao)發(fa)射(she)幹(gan)擾(rao)程(cheng)度(du)大(da)大(da)降(jiang)低(di)。

　　2) 能有效地抑製差模幹擾和共模幹擾：在汽車音響直流電源設計中要重點考慮差模幹擾的抑製性能。

　　3) 最大程度地滿足阻抗失配設計原則。

對於瞬態幹擾信號，插入損耗要盡可能增大

，即盡可能增大信號的反射。根據信號傳輸理論

，當電源的輸出阻抗ZO≠濾波器的輸人阻抗ZI 時，在電源濾波器的輸入端口就會發生反射
，反射係數 p＝(ZO－ZI)/(ZO＋ZI)。

顯然
，ZO 與ZI 相差越大，p bianyueda，duankouchanshengdefansheyueda，shuntaiganraoxinhaojiuyuenantongguo。suoyi，zhiliudianyuanlvboqishuruduankouyingyuqichegongdianxitongdeshuchuduankouchuyushipeizhuangtai，shishuntaiganraoxinhaochanshengfanshe，youxiaoyizhishuntaiganraoxinhaojinruqicheyinxiangdianlu。tongli
，lvboqishuchuduankouyingyufuzaichuyushipeizhuangtai，shiqicheyinxiangneibuchanshengdeCE 輻射信號產生反射，降低對外圍用電設備的幹擾。因此，電源濾波器的設計應遵循下列原則：

　　a) 源內阻是高阻的，則濾波器輸人阻抗就應該是低阻的，反之亦然。

　　b) 負載是高阻的

，則濾波器輸出阻抗就應該是低阻的，反之亦然。
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根據ISO 16750-2 和ISO 7637-2 中對連續電源的內阻Ri 的要求（見表1）：其應小於直流0.01Ω。對於低於400Hz 的頻率而言
，連續電源內部阻抗應為Zi=Ri， 對於不同的瞬態脈衝，Ri 是不同的,參見下表中12V 和24V 供電係統的Ri。輸出電壓在0Ω負載到最大負載（包括竄入電流）之間的變化不應超過1V

，它應在100us 的時間內恢複其最大幅度的63%。疊加脈動電壓Ur 的峰值間應不超過0.2V，最低頻率應為400Hz。

對於供電係統中的瞬態幹擾信號，電感是高阻的，電容是低阻的
，所以
，電源濾波器與源或負載的端接應遵循下列原則：

　　a) 如果電源內阻或負載是阻性或感性的，與之端接的濾波器接口就應該是容性的。

　　b) 如果電源內阻或負載是容性的，與之端接的濾波器接口就應該是感性的。

3．汽車音響直流電源濾波器的設計

通tong過guo采cai用yong阻zu抗kang失shi配pei原yuan則ze選xuan定ding了le電dian源yuan濾lv波bo器qi的de結jie構gou，基ji本ben上shang已yi經jing決jue定ding了le電dian源yuan濾lv波bo器qi的de效xiao率lv。濾lv波bo網wang絡luo兩liang端duan的de阻zu抗kang差cha異yi越yue大da
，濾lv波bo器qi的de效xiao率lv越yue高gao
，濾lv波bo效xiao果guo也ye就jiu越yue好hao。此ci外wai，濾lv波bo器qi的de插cha入ru損sun耗hao，即ji插cha入ru電dian源yuan噪zao聲sheng濾lv波bo器qi後hou噪zao聲sheng幹gan擾rao的de衰shuai減jian程cheng度du，這zhe也ye是shi在zai實shi際ji設she計ji和he使shi用yong電dian源yuan噪zao聲sheng濾lv波bo器qi中zhong最zui需xu要yao考kao慮lv的de因yin素su之zhi一yi。一yi般ban可ke以yi用yong電dian壓ya幅fu值zhi的de比bi值zhi來lai計ji算suan表biao示shi插cha入ru損sun耗hao
，其qi值zhi越yue大da

，表biao示shi濾lv波bo器qi抑yi製zhi噪zao聲sheng幹gan擾rao的de能neng力li越yue強qiang。

就汽車音響獨立個體而言
， 汽qi車che音yin響xiang直zhi流liu電dian源yuan濾lv波bo器qi為wei差cha模mo噪zao音yin信xin號hao濾lv波bo器qi，采cai用yong濾lv波bo扼e流liu圈quan和he濾lv波bo電dian容rong組zu成cheng的de差cha模mo幹gan擾rao濾lv除chu回hui路lu。由you於yu差cha模mo電dian容rong的de作zuo用yong，差cha模mo幹gan擾rao電dian流liu將jiang通tong過guo電dian容rong流liu回hui電dian源yuan線xian而er不bu流liu入ru汽qi車che音yin響xiang中zhong。但dan從cong係xi統tong而er言yan，電dian源yuan導dao線xian
、汽車音響和地平麵（汽車底盤）構成了共模噪音信號返回路徑
，如圖3 所示：為了降低係統的傳導發射性能，要求汽車音響的外殼要有一個良好的接地位置，降低共模電流或消除共模電流的存在。在CISPR25 的6.1.2 中規定,如果EUT 的電源返回路徑超過200mm
，就將作為遠端接地處理，如果EUT 的電源返回路徑小於等於200mm，就jiu作zuo為wei近jin端duan接jie地di
，可ke以yi忽hu略lve共gong模mo電dian流liu的de影ying響xiang，降jiang低di共gong模mo電dian流liu引yin發fa的de傳chuan導dao發fa射she危wei害hai性xing，這zhe就jiu是shi為wei什shen麼me在zai汽qi車che音yin響xiang設she計ji中zhong盡jin可ke能neng的de確que保bao外wai殼ke與yu整zheng車che的de底di盤pan有you良liang好hao的de搭da接jie。見jian下xia圖tu4 是汽車音響電路中常見的直流電源濾波器電路圖。

差(cha)模(mo)電(dian)容(rong)使(shi)用(yong)的(de)類(lei)型(xing)是(shi)陶(tao)瓷(ci)電(dian)容(rong)，考(kao)慮(lv)到(dao)其(qi)實(shi)際(ji)電(dian)壓(ya)值(zhi)是(shi)額(e)定(ding)交(jiao)流(liu)電(dian)壓(ya)和(he)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)峰(feng)值(zhi)電(dian)壓(ya)的(de)疊(die)加(jia)值(zhi)，因(yin)此(ci)要(yao)求(qiu)差(cha)模(mo)電(dian)容(rong)要(yao)有(you)足(zu)夠(gou)高(gao)的(de)耐(nai)壓(ya)值(zhi)，一(yi)般(ban)不(bu)低(di)於(yu)50VDC。電容容量值可按照所抑製的噪聲電壓頻率下限值來確定
，其值越大，濾波器的插入損耗也就越大。

差模扼流圈通常使用金屬粉壓磁芯（Iron Power Core），因yin為wei其qi初chu始shi磁ci導dao率lv受shou頻pin率lv影ying響xiang小xiao，高gao頻pin工gong作zuo下xia損sun耗hao大da，直zhi流liu重zhong疊die特te性xing好hao


，大da電dian流liu應ying用yong時shi電dian感gan量liang也ye不bu會hui大da幅fu度du下xia降jiang
，且qie適shi用yong頻pin率lv範fan圍wei較jiao低di。依yi流liu過guo電dian感gan的de電dian流liu值zhi不bu同tong
，設she計ji中zhong的de電dian感gan值zhi可ke以yi取qu為wei幾jimH～幾十uH。

下圖為三種不同的磁芯
，其電感量隨電流的變化的曲線。從圖5 中可以看出：在設計汽車音響直流電源濾波器時
，要根據工作電流的範圍來選擇合適的扼流圈。當汽車音響的正常工作電流大於3A 時，若選擇圖中POT 磁芯的扼流圈

，電感量急劇降低，根本起不到濾波器的效果。

針對汽車供電係統中的瞬態脈衝噪音，一般集中在音頻範圍內（20Hz 至20KHz）
，因此，在產品設計和PCB Layout 中如何抑製音頻噪音幹擾（AFI = Audio Frequency Interference）成為汽車音響設計的一項重要性能評估指標。理論上,電dian源yuan濾lv波bo器qi的de電dian感gan和he電dian容rong的de參can數shu選xuan的de越yue大da
，濾lv波bo效xiao果guo越yue好hao。但dan在zai實shi際ji應ying用yong中zhong，容rong量liang大da的de電dian容rong一yi般ban寄ji生sheng電dian感gan也ye大da，自zi諧xie振zhen頻pin率lv低di
，對dui高gao頻pin噪zao聲sheng的de去qu耦ou效xiao果guo差cha
，而er電dian感gan值zhi越yue大da電dian感gan的de體ti積ji也ye越yue大da，所suo以yi在zai設she計ji時shi應ying權quan衡heng各ge種zhong因yin素su的de影ying響xiang，確que定ding合he適shi的de參can數shu。在zai實shi際ji產chan品pin設she計ji中zhong，除chu了le考kao慮lv來lai自zi汽qi車che供gong電dian係xi統tong瞬shun態tai噪zao音yin的de抑yi製zhi
，還hai要yao考kao慮lv高gao電dian壓ya（Over Voltage）、大電流(Over Current)，反向電壓(Reverse Voltage)等各種使用條件的分析和保護電路的設計。
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4．Over Voltage 和Over Current 設計的考慮

在汽車音響電源濾波器設計時，不僅要考慮各種不同汽車電氣係統瞬態噪音或脈衝的抑製作用，同時，還要加強Over Voltage、Over Current和Reverse Voltage等使用情況的發生。在GMW3172 － Feb.2007 ：5.2.4 、VW 801 01-2005-06：3.10和3.11、ISO 16750-2：4.2中規定了過壓（Over Voltage）測試的內容
，在 GMW3172－Feb.2007 ：5.2.7
、VW 801 01-2005-06：3.12和ISO 16750-2：4.3中規定了Superimposed Alternating Voltagedeceshiyaoqiu。youyuputongdianyuanzaoshenglvboqiduilangyongdianyadeyizhinenglijiaocha，tebieshidanglangyongdianyashangshenghuanmanqiekuandujiaodashi
，rongyichuxianzukangbupipei，shidianganxianquandadaocibaohe，suoyizaidianyuanzaoshenglvboqishuruduantongchangzengjialeyigeyamindianzuhuobandaotilangyongdianyayizhiguanyizhilangyongdianya
，baohuqicheyinxiangneibudianludezhengchangyunxing。xiamian，zhendui12V汽車供電係統的電源濾波器電路進行參數確定
，見圖6。

針對該電源濾波器，在Saber 中進行濾波效果仿真，見下圖7：以此為依據，進行其他參數設計分析。

a) C9 電容的取值

在允許的情況下，該電容的容量要求越大越好
，其值很難確切地估算出來。一般情況下，要求取值在l500－3300uf 之間。電容的耐壓值必須經過雷擊浪湧後取值，有殘壓，其瞬時值一般在50V／s 時不損壞，按二級降額的原則選取，取值在25 V
，頻率特性與電容的取值有關。電容容值越大，低頻濾波特性越好
；電解電容的ESR 越小，低頻阻抗越低。仿真結果見圖8a 和8b。

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b）C1 - C8 電容的取值

在允許的情況下，電容容量的覆蓋範圍越廣越好，這樣，對於高頻的瞬態幹擾脈衝噪音就能夠很好的抑製。一般情況下，要求取值在20pf－0.1uf 範圍。電容耐壓值必須能夠承受雷擊浪湧後取值，有殘壓
，其瞬時值一般在100V／S 時不損壞，按二級降額的原則選取，取值50 V，頻率特性與電容的取值有關
，電容值越小，高頻特性越好。圖9 為3 種電容實際阻抗隨頻率(100KHz 到500MHz)變換的特征曲線。圖10 為電容理想模型阻抗隨頻率的關係曲線。因此
，C1－C9 電容一般都是通過電容並聯來滿足瞬態幹擾脈衝噪音全頻範圍內的抑製作用。仿真結果見圖11a 和11b。

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c) 電感的取值

電感性能的好壞取決於磁芯材料特性，應考慮以下幾個方麵：

　　第一，磁芯材料的頻率範圍要寬，要保證最高頻率在100MHz，即在很寬的頻率範圍內有比較穩定的磁導率。

　　第二，磁導率高，但是在實際中很難滿足這一要求，所以，磁導率往往是分段考慮的。磁芯材料一般是鐵氧體。

　　第三，電感量的估算——考慮阻抗隨頻率變換的特征曲線。共模扼流圈取值 1.5－5mH，差模扼流圈取值為 40－100uH;圖12 為理想電感阻抗隨頻率變換的曲線。

d)壓敏電阻的確定

壓ya敏min電dian阻zu是shi電dian壓ya敏min感gan器qi件jian，當dang加jia大da壓ya敏min電dian阻zu兩liang端duan的de電dian壓ya低di於yu額e定ding電dian壓ya時shi
，它ta的de阻zu抗kang幾ji乎hu是shi無wu窮qiong大da，而er超chao過guo額e定ding值zhi後hou，電dian阻zu值zhi急ji劇ju下xia降jiang，反fan應ying時shi間jian為wei納na秒miao級ji。壓ya敏min電dian阻zu是shi根gen據ju工gong作zuo電dian壓ya來lai選xuan擇ze標biao稱cheng電dian壓ya值zhi，一yi般ban可ke按an使shi用yong電dian壓ya的de1.8 – 2.0 倍關係來確定標稱電壓。比如：汽車音響正常電源電壓範圍在9V 至16V，則壓敏電阻的標稱電壓為 2x16V=32V。

e) TVS 參數的確定

，在後麵進行介紹。

5. 瞬態傳導幹擾的設計考慮

在ISO 7637－2:2004、GMW3100-08.2001:3.2.1.3等標準中規定了沿電源線的電瞬態傳導的幹擾脈衝的抗擾性失效模式、嚴重程度和測量

，提供了5 種典型脈衝波形，雖然沒有涵蓋所有可能出現在車輛上的各種瞬態脈衝，但適用於各種動力係統的道路車輛，例如：火花點火發動機
、壓燃式發動機、電動機


、混合動力驅動係統。針對這5種典型的瞬態傳導脈衝
，在Saber仿真環境中進行該電源濾波器電路（圖13）的仿真如下：

1）脈衝1 是模擬電源與感性負載斷開連接時所產生的瞬態現象。它影響與感性負載並聯的用電裝置，適用於各種DUT 與感性負載保持直接並聯的情況。仿真結果見圖14。

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2) 脈衝2a 模擬由於線束電感的原因，使與DUT並聯的裝置內電流突然中斷引起的瞬態現象；脈衝2b 模擬直流電機充當發電機
，在點火開關斷開時的瞬態現象。仿真結果見圖15a。

圖15a

3) 試驗脈衝3 模擬由開關過程引起的瞬態現象
，這些脈衝的特性受線束的分布電容和分布電感的影響。仿真結果見圖16a和16b。

在汽車音響產品設計滿足Over Voltage

、反向電壓測試和進行Pulse 5 拋負載瞬態脈衝設計考慮中，TVS 二極管在整個電源濾波器中扮演著重要角色，如何選擇適合的TVS（矽瞬態電壓吸收二極管 Silicon Transient Voltage Suppressor）是設計的關鍵。下麵，針對TVS 二極管進行簡單介紹，建立TVS 在Pulse 5 雙指數脈衝波形能量累積的MathCAD模型並進行仿真分析。
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TVS 二極管是十分有效的瞬態幹擾抑製器件，當其兩極受到反向瞬態高能量衝擊時，它能以10 – 12 ns 量級的速度，將兩極間的高阻抗變為低阻抗，吸收高達數千瓦的浪湧功率
，使兩極間的電壓箝位於一個預定值（一般小於2 倍額定工作電壓），有效地保護電子電路中的精密元器件免受各種浪湧脈衝的破壞。

TVS 對浪湧功率和浪湧電流的吸收能力取決於PN 結的麵積，峰值脈衝功率（Pp）的吸收能力可以達到數千瓦。早期的器件用10/1000us 波形來考核，現在通常采用8/20us 的波形進行定義。TVS 的吸收峰值脈衝功率（Pp）是由TVS 上的箝位電壓和流過TVS 的衝擊電流的峰值乘積來確定的。要注意的是：TVS 的最大箝位電壓與TVS 的擊穿電壓（轉折電壓）不是一回事，最大箝位電壓大約是擊穿電壓的1.4 – 1.5 倍
，這也表明TVS 有一定的動態電阻。

實際的TVS 瞬變幹擾限定電壓可以用下式表達：

Uo = (IP/IPP)(UCMAX – UBR) + UBR

式中： IP 是實際的脈衝電流值

IPP是額定的最大脈衝電流

UCMAX 是產品規定的最大箝位電壓

UBR 是擊穿電壓

下圖為TPSMC36A TVS 的技術指標，了解每個波形的含義，有助於進行TVS 的MathCAD 模型仿真分析。

圖19 至圖22 為TPSMC36A TVS 的技術指標，了解每個波形的含義，有助於進行TVS 的MathCAD 模型仿真分析。
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在ISO7637－2：2004附錄E（脈衝發生器能量容量的確定）中
，介紹了計算由脈衝發生器傳遞到匹配電阻（電阻性負載RL）上的脈衝能量的數學模型
， 如下圖：

圖E.2——由瞬態發生器產生的雙指數脈衝波形

上式中：

　　UO —— 開路輸出電壓

　　Ri —— 脈衝發生器的電源內阻

　　RL —— 脈衝發生器的負載電阻

　　Td —— 0.1Us 至0.1Us 的脈衝寬度

　　I (t) —— 電流波形函數

　　U (t) —— 電壓波形函數

　　We —— 單脈衝的能量容量

基於上述雙指數脈衝波形能量計算數學模型，在MathCAD 中進行仿真，可以得到TVSTPSMC36A 拋負載測試（Pulse 5）的浪湧功率吸收的仿真結果
，見下圖。它能滿足GMW3100 中Pulse 5B（Vs + Vr = 46V）的設計要求
，但達不到ISO7637-2 中Pulse 5A（Vs + Vr = 100V）的設計要求。

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如果產品設計要求一定通過Pulse5 脈衝，可以更換大功率的TVS 二極管或者將兩個或多個TVS 串/並聯起來解決高電壓和大功率的要求。將TVS 串聯可以獲得更高的限定電壓值，隻是等效TVS 的最大吸收電流取決於串連TVS 中Ip 最低的一個值。將TVS 並聯可以獲得更高的限定電流值，隻是等效TVS 的最大脈衝電壓取決於並聯TVS 中VRSM 最低的一個值。將圖25 中的D1 換成同係列的TPSMC20A TVS 管，分別采用4 個和5 個並聯使用，均能夠滿足Pulse 5a 的要求，參見Saber 和MathCAD 的仿真結果，見圖26。從圖26 中可以發現：4 個TVS 並聯處於設計邊緣，風險比較高
，5 個並聯則有設計風險低。采用4 或5 個TVS 管，在PCB Layout 中占有的空間比較大，若空間有限，可以選用單個TVS 具有高功率的器件來滿足設計要求。

6 總結

　　1）汽車的電氣係統分為供電係統和用電設備兩部分，具有低壓、直流和單線製供電特點；

　　2）汽車電源係統中產生各種各樣的瞬態脈衝電流，它是汽車用電設備的傳導噪音源；

　　3）直流電源濾波器主要有π 形
、T 形和L 形等四種網絡結構，不管采用哪一種網絡形式，都要最大程度地滿足阻抗失配設計原則
；

　　4）汽車供電係統中的瞬態脈衝噪音，一般集中在音頻範圍內（20Hz 至20KHz），在汽車音響直流濾波器設計中要重點評估扼流圈和電容等器件的選擇是否有效地抑製音頻噪音幹擾（AFI = Audio Frequency Interference）

；

　　5）Over Voltage、Over Current、Reverse Voltage 和ISO7637－2 中的各種瞬態脈衝等都是汽車音響直流濾波器設計過程中的重要考慮參數；

　　6）TVS 二極管在整個直流電源濾波器中扮演著重要角色，如何選擇適合的TVS 是解決汽車音響能否通過Over Voltage、反向電壓測試和Pulse 5 拋負載瞬態脈衝測試的關鍵
；

　　7）Saber 和MathCAD 是進行電源濾波器設計電路仿真的有效快捷工具。

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