車輛電氣及電子設(shè)備起動低電壓的供電環(huán)境條件和試驗標(biāo)準(zhǔn)解析

文/盧兆明 許 毅 蔡振峰 沈海舟

ISO 16750-2:2010《道路車輛電氣及電子設(shè)備的環(huán)境條件和試驗第2部分:電氣負(fù)荷》今年上半年已發(fā)布第3版，代替了2006年發(fā)布的第2版。新版標(biāo)準(zhǔn)對12 V/24 V供電系統(tǒng)的電器及電子設(shè)備在啟動時蓄電池供電產(chǎn)生短時低供電電壓條件的起動特性試驗作了修訂，其中增加了時間和電壓參數(shù)的容差要求。ISO 21848:2005《道路車輛42 V供電電壓的電氣和電子設(shè)備電氣負(fù)荷》也包括了本試驗。但要求不同，試驗描述也略有不同。目前，由全國汽車標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會電子與電磁兼容分技委（SAC/TC114/SC29_ISO/TC22/SC3）完成了2項ISO國際標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化為國家標(biāo)準(zhǔn)的起草，并進入了2009年報批程序；ISO 16750-2新版的翻譯和驗證工作也已完成。

在GB/T 21437.2_ISO 7637.2《道路車輛 由傳導(dǎo)和耦合引起的電騷擾第2部分沿電源線的電瞬態(tài)傳導(dǎo)》的試驗脈沖4中也描述了本試驗，但不包括42 V系統(tǒng)。盡管在示意圖和參數(shù)上有些許細(xì)小的差異，但試驗的表述是基本相同的。

下面就對上述2項標(biāo)準(zhǔn)的12 V/24 V系統(tǒng)和42 V系統(tǒng)的拋負(fù)載試驗一起展開討論，同時結(jié)合ISO 7637.2的相關(guān)要求。

一、起動時低電壓的供電環(huán)境

在低溫條件下，通過起動電機用蓄電池供電發(fā)動汽車引擎時，起動電機具有時間短、電流大和發(fā)動機機件阻力較大的特點。加之蓄電池因低溫化學(xué)反應(yīng)活性下降，會造成供電電壓在很短的時間內(nèi)明顯下降。故此惡劣環(huán)境也被稱作低溫起動的供電環(huán)境。另環(huán)境溫度越低，蓄電池越舊，電壓下降的幅度就會越大（見圖1）。

圖1 起動電壓試驗示意圖

其中：a為當(dāng)起動電機通電時，脈沖模擬的過程發(fā)生。

ISO 7637-2《道路車輛 由傳導(dǎo)和耦合引起的電騷擾第2部分 沿電源線的電瞬態(tài)傳導(dǎo)》的試驗脈沖4，就是描述的內(nèi)燃機起動機通電時電源電壓降低的條件。

當(dāng)起動電機開始轉(zhuǎn)動，克服初始機械阻力時，電機可以處在短期超載狀態(tài)，此時電流最大，供電電壓處于最低；當(dāng)機械系統(tǒng)轉(zhuǎn)動起來，機械阻力相對減小，起動電機轉(zhuǎn)速提升，電流也略有下降，電壓則略有上升；起動電機轉(zhuǎn)速繼續(xù)提升，發(fā)動機轉(zhuǎn)速起來，起動機自動脫離，電源斷開，供電電壓隨即恢復(fù)正常。

起動低電壓的供電環(huán)境條件（參見表1），對12 V供電系統(tǒng)的用電設(shè)備，最低的供電電壓范圍僅為8 V～3 V；對24 V供電系統(tǒng)的用電設(shè)備，最低的供電電壓范圍則為10 V～6 V；對42 V供電系統(tǒng)的用電設(shè)備，最低的供電電壓則為18 V。這對較為重要的引擎管理系統(tǒng)管理控制單元，具備最低電壓正常工作運行，執(zhí)行其管理功能是必須的；同時，汽車電子駐車子系統(tǒng)和信息子系統(tǒng)，如導(dǎo)航、通訊等設(shè)備也應(yīng)保持其功能；此外，空調(diào)、燈光等雖可以暫時停頓讓電，但他們的管理系統(tǒng)還是需要克盡職守，保持功能的有效。

表1 額定12 V/24 V供電系統(tǒng)起動電壓試驗參數(shù)和容差（ISO 16750-2:2010版，表3和表4）

二、起動低電壓環(huán)境的應(yīng)對方案

起動低電壓環(huán)境的應(yīng)對方案可有兩種：其一，為受試樣品的電路直接設(shè)計為可以滿足低電壓環(huán)境，或能夠滿足在脈沖周期內(nèi)的要求，并能在額定供電電壓上限正常工作；其二，可采用降壓/升壓拓?fù)鋵崿F(xiàn)。

三、起動低電壓供電環(huán)境的試驗條件

1.12 V/24 V供電系統(tǒng)的起動低電壓供電環(huán)境試驗

①ISO 16750-2給出的12 V/24 V供電系統(tǒng)啟動電壓試驗（該試驗參數(shù)見表1、脈沖曲線見圖2）。

ISO 16750定義US為隨系統(tǒng)負(fù)荷和發(fā)電機的運行條件而變化的車輛電氣系統(tǒng)電壓。在圖2的下降沿tf，建立扭矩的過程，是起動電機尚未轉(zhuǎn)動或轉(zhuǎn)速極低，電流持續(xù)增加；當(dāng)建立扭矩，推動引擎開始旋轉(zhuǎn)，因轉(zhuǎn)速低而未產(chǎn)生足夠的貫量時，電流基本維持，此時t6的電壓US6最低；當(dāng)旋轉(zhuǎn)貫量逐漸建立，起動電機帶動引擎轉(zhuǎn)速逐步提升時，t7段的起動機電流開始減小，電壓開始恢復(fù)到UA，發(fā)電機供電時的供電電壓，此時交流發(fā)電機啟動。

圖2 12 V/24 V供電系統(tǒng)起動電壓試驗曲線

t8段曲線描述了發(fā)動機點著前的供電條件。當(dāng)引擎轉(zhuǎn)速逐漸提高，交流發(fā)電機出力漸增，隨之逐缸被點著，經(jīng)歷tr后，起動電機退出工作，系統(tǒng)電壓恢復(fù)。ISO 16750-2的這段脈沖曲線與ISO 7637-2的表述有所不同。在UA上疊加峰峰值為2 V的2 Hz正弦波，用以模擬引擎點著前因氣缸壓縮產(chǎn)生的阻力扭矩對供電電壓的影響。

②按圖2及表1給出的啟動特性參數(shù)同時加到被測設(shè)備（DUT）的有效輸入端。

a） 選取并確定等級的試驗參數(shù)；

b） 共進行10次；

c） 啟動循環(huán)之間間隔1 s～2 s。

③對受試樣品要求，其功能狀態(tài)至少應(yīng)達(dá)到ISO 16750-1定義的A級，即試驗中裝置/系統(tǒng)一個或多個功能不滿足設(shè)計要求，但試驗后所有功能能自動恢復(fù)到正常運行。其他按表1確定。

2.42 V供電系統(tǒng)的起動低電壓供電環(huán)境試驗

①ISO 7637-2的試驗脈沖4，并未包括42 V系統(tǒng)供電條件。ISO 21848給出的試驗脈沖曲線（見圖3）形狀與之相同，沒有加峰峰值為2 V的2 Hz正弦波。給出的試驗參數(shù)（見表2）已經(jīng)可以支撐試驗要素。

表2 額定42 V供電系統(tǒng)起動電壓試驗參數(shù)

對電壓和t1,t2和/或t3間持續(xù)時間的特殊要求可以由車輛生產(chǎn)商和供應(yīng)商協(xié)商確定。

②按圖3及表2給出的啟動特性參數(shù)同時加到DUT的相關(guān)輸入端。

③對受試樣品要求

受試樣品其功能狀態(tài)至少應(yīng)達(dá)到ISO 16750-1定義的A級。即試驗中和試驗后，裝置/系統(tǒng)所有功能滿足設(shè)計要求。特殊要求可以由車輛生產(chǎn)商和供應(yīng)商協(xié)商確定為B級，試驗中裝置/系統(tǒng)所有功能滿足設(shè)計要求，但允許有一個或多個超出規(guī)定允差。試驗后所有功能應(yīng)自動恢復(fù)到規(guī)定限值。存儲器功能應(yīng)符合A級標(biāo)準(zhǔn)。在啟動期間不要求的功能至少應(yīng)達(dá)到C級，試驗中裝置/系統(tǒng)一個或多個功能不滿足設(shè)計要求，但試驗后所有功能能自動恢復(fù)到正常運行。

四、綜述

在起動電壓試驗中應(yīng)考慮下列要素。

1.可以采用數(shù)字智能電源預(yù)設(shè)值試驗脈沖后進行試驗。

2.試驗委托方應(yīng)在提交試驗委托時，介紹受試樣品在起動低電壓環(huán)境的應(yīng)對方案。

3.試驗委托方應(yīng)在提交試驗委托時，給出受試樣品功能監(jiān)測的細(xì)節(jié)和判定要素。當(dāng)一個脈沖注入過程不足以實現(xiàn)所要求的功能監(jiān)測時，應(yīng)制訂可行的試驗方案。

4.對12 V/24 V系統(tǒng)試驗脈沖中，t7、t8間波形連接設(shè)置，應(yīng)注意疊加正弦波的相位。應(yīng)在UA+1 V正弦相位180°時過渡，t8、tr間波形連接設(shè)置應(yīng)保持連續(xù)。

圖3 42 V供電系統(tǒng)起動電壓試驗曲線

5.受試樣品對12 V系統(tǒng)最低的供電電壓。參數(shù)II或參數(shù)III的環(huán)境可能會更敏感些。

6.12 V/24 V供電系統(tǒng)起動電壓試驗曲線標(biāo)注的US6（t6）的參數(shù)。

12 V/24 V供電系統(tǒng)起動電壓試驗曲線，由于ISO 7637-2的脈沖4示意圖與ISO 16750本試驗的標(biāo)注方式不同，在試驗中可能會需要一些換算和比較。

ISO 7637-2的脈沖4的取值表述：實際試驗施加電壓=UB-|US|，參見表3。顯然ISO 16750的本試驗所用參數(shù)更嚴(yán)酷一些。

表3 ISO 7637-2的脈沖4的取值與ISO 16750-2本試驗標(biāo)注的US6（t6）的試驗施加電壓范圍比較

7.12 V/24 V供電系統(tǒng)起動電壓試驗曲線標(biāo)注的UA（t8）參數(shù)。

ISO 16750中UA定義為工作模式3試驗電壓，即為發(fā)電機供電時的供電電壓。

在驗證試驗中，發(fā)現(xiàn)ISO 16750-2:2010版本試驗的脈沖波形示意圖（本文圖2）或該版的表3、表4（本文表1）標(biāo)注有誤。如果，將該版的表3、表4（本文表1）中對US的賦值改為UA，更為合理。而原圖中的US，姑且按2006版，理解為UN，且可作如下討論：

ISO 7637-2中的脈沖4取值表述：實際試驗施加電壓 =UB-|Ua|， 且 |Ua|不 大 于 |US|（見 表 4）。 顯 然 ISO 16750的本試驗所用參數(shù)偏嚴(yán)酷一些。

8.根據(jù)第7點所述的原因，在本試驗實施時，應(yīng)對委托方作必要的解釋，再次確定試驗參數(shù)，并把試驗參數(shù)詳細(xì)地記錄在報告中。此問題將到ISO TC22/SC3會議中予以解決。

表4 ISO 7637-2的脈沖4的取值與ISO 16750-2本試驗標(biāo)注的UA（t8）的試驗施加電壓范圍比較

9.在試驗中，應(yīng)用脈沖波形記錄設(shè)備記錄脈沖注入過程。探頭的阻抗應(yīng)相對受試樣品輸入阻抗相差在一個數(shù)量級以上。

10.42 V系統(tǒng)有42 V單電壓系統(tǒng)和組合電壓系統(tǒng)，試驗方案制訂時應(yīng)注意到受試樣品所處的供電回路和可能承受的電源環(huán)境。

11.ISO 21848沒有給出注入脈沖次數(shù)；ISO7637-2對于12 V/24 V系統(tǒng)注入試驗脈沖1次。

[1]ISO/TC 22/SC 3,ISO committee.ISO 16750-2:2010 Road vehicles-Environmental conditions and testing for electrical and electronic equipment-Part 2:Electrical loads[S].

[2]ISO/TC 22/SC 3,ISO committee.ISO 21848:2005 Road vehicles-Electrical and electronic equipment for a supply voltage of 42 V-Electrical loads[S].

[3]徐立.汽車電子部件的電磁抗擾度技術(shù)要求[J].電子質(zhì)量,2006(11):77-80.

[4]Michele Sclocchi,Frederik Dodtal.適用于汽車?yán)淦饎討?yīng)用的雙開關(guān)降壓/升壓技術(shù)[J].世界電子元器件2009(3):49-51.