抛负载

✍ dations ◷ 2025-06-11 14:00:41 #功率电子学

抛负载(英语:Load Dump)顾名思义,指的是突然断开功率负载。负载切换瞬变是需要高度重视的电气危害,因为突然断开负载主要会造成电源或主线上其他设备故障,也可能使感性发电机电压突增(英语:voltage spikes)。

在汽车电子中,各种电子控制单元和发电机之间,会有一个蓄电池。正常情况下发电机给蓄电池充电,但是当线束老化或者接触不良时,就会碰到电池与电路断开的情况。这时候发电机输出端会产生一个浪涌电压,由于这个浪涌电压的电压非常高,持续时间非常长,就会对终端的各种电子控制单元造成很大的损害,这种情况称之为抛负载。一般浪涌的峰值电压可以达到120V,最长可以持续400毫秒。通常12V汽车电气系统抛负载保护至40V,24V汽车电气系统抛负载保护至60V。

发电机绕组拥有较大电感值。汽车蓄电池充电过程中充电电流较大,电流大小由励磁绕组中的电流控制。充电时断开电池会导致发电机负载电流骤降,然而励磁电流相应速度慢,无法快速减小,发电机产生的电流无法骤降,电压快速攀升,迅速超过正常工作电压。

抛负载产生的瞬态高压峰值电压由多个因素影响。发电机转速、断开前充电电流均会显著改变抛负载高压。在汽车电子中,与发电机直接相连的负载都会直接受到其影响,损坏半导体期间,因此汽车上的动力总成、电池管理系统、防抱死系统、安全气囊、引擎启动开关、24V系统、照明、娱乐信息系统、仪表板和直流-直流转换器等在设计时均需要考虑到抛负载保护,避免抛负载危害。瞬态电压抑制二极管和压敏电阻等元器件可以耐受和吸收瞬态高压,通常被用来保护负载。

针对抛负载影响,汽车行业制定了一系列行业标准。ISO 7637-2和 SAE J1113-11明确了车载电子元件需要耐受的抛负载瞬态高压波形。ISO 16750-2为车载电气和电子装备通常会遭遇的电气环境条件,其中5a和5b两种测试标准要求对抛负载情况进行测试。测试项目5a的测试脉冲最为严重,在12V系统中,测试电压区间为79V到101V,而内阻的范围为0.5欧到4欧,浪涌电压作用时间为40毫秒到400毫秒。

定子绕组也会产生瞬态电压,不过电压相对较小,持续时间较短,释放的能量也更少。

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