汽车音响直流电源滤波器的设计（三）作者：德尔福中国技术研发

汽车音响直流电源滤波器的设计（三）作者：德尔福中国技术研发中心冯奇摘要本文通过介绍汽车直流电气系统的构成和直流滤波器的设计原则，针对汽车音响电源滤波器参数的确定进行介绍，尤其是对各种考虑因素（OverVoltage和ISO7637－2中的各种脉冲模型）进行Saber和MathCAD仿真分析作为设计的参考。关键词：汽车音响，直流电源滤波器，瞬态传导干扰脉冲，阻抗失配，汽车电气系统电感性能的好坏取决于磁芯材料特性，应考虑以下几个方面：第一，磁芯材料的频率范围要宽，要保证最高频率在100MHz，即在很宽的频率范围内有比较稳定的磁导率。第二，磁导率高，但是在实际中很难满足这一要求，所以，磁导率往往是分段考虑的。磁芯材料一般是铁氧体。第三，电感量的估算——考虑阻抗随频率变换的特征曲线。共模扼流圈取值1.5－5mH，差模扼流圈取值为40－100uH;图12为理想电感阻抗随频率变换的曲线。图12d)压敏电阻的确定压敏电阻是电压敏感器件，当加大压敏电阻两端的电压低于额定电压时，它的阻抗几乎是无穷大，而超过额定值后，电阻值急剧下降，反应时间为纳秒级。压敏电阻是根据工作电压来选择标称电压值，一般可按使用电压的1.8–2.0倍关系来确定标称电压。比如：汽车音响正常电源电压范围在9V至16V，则压敏电阻的标称电压为2x16V=32V。e)TVS参数的确定，在后面进行介绍。5.瞬态传导干扰的设计考虑在ISO7637－2:2004、GMW3100-08.2001:3.2.1.3等标准中规定了沿电源线的电瞬态传导的干扰脉冲的抗扰性失效模式、严重程度和测量，提供了5种典型脉冲波形，虽然没有涵盖所有可能出现在车辆上的各种瞬态脉冲，但适用于各种动力系统的道路车辆，例如：火花点火发动机、压燃式发动机、电动机、混合动力驱动系统。针对这5种典型的瞬态传导脉冲，在Saber仿真环境中进行该电源滤波器电路（图13）的仿真如下：图131）脉冲1是模拟电源与感性负载断开连接时所产生的瞬态现象。它影响与感性负载并联的用电装置，适用于各种DUT与感性负载保持直接并联的情况。仿真结果见图14。图142)脉冲2a模拟由于线束电感的原因，使与DUT并联的装置内电流突然中断引起的瞬态现象；脉冲2b模拟直流电机充当发电机，在点火开关断开时的瞬态现象。仿真结果见图15a和15b。图15a图15b3)试验脉冲3模拟由开关过程引起的瞬态现象，这些脉冲的特性受线束的分布电容和分布电感的影响。仿真结果见图16a和16b。图16a图16b4)试验脉冲4模拟内燃机的起动电机电路通电时产生的供电系统电源电压的降低，不包括起动时的尖峰电压。仿真结果见图17。图175）试验脉冲5是模拟抛负载瞬态现象，即模拟在断开电池（亏电状态）的同时，交流发电机正在产生充电电流，而发电机电路上仍有其它负载时产生的瞬态，抛负载的幅度取决于断开电池连接时，发电机的转速和发电机的励磁场强的大小，抛负载脉冲宽度主要取决于励磁电路的时间常数和脉冲幅度。产生抛负载的可能原因是电缆腐蚀、接触不良或发动机正在运转时，有意断开与电池的连接。大多数新型交流发电机内部，由于增加限幅二极管而抑制了抛负载幅度。具有非集中抛负载抑制的交流发电机的脉冲波形（脉冲5a）及仿真结果见图18a，具有集中抛负载抑制的交流发电机的脉冲波形（脉冲5b）及仿真结果见图18b。图18a图18b在汽车音响产品设计满足OverVoltage、反向电压测试和进行Pulse5抛负载瞬态脉冲设计考虑中，TVS二极管在整个电源滤波器中扮演着重要角色，如何选择适合的TVS（硅瞬态电压吸收二极管SiliconTransientVoltageSuppressor）是设计的关键。下面，针对TVS二极管进行简单介绍，建立TVS在Pulse5双指数脉冲波形能量累积的MathCAD模型并进行仿真分析。