Ian Doyle - ProTek Devices, Kiss Zoltán - kelet-Európai értékesítési vezető Endrich GmbH.
PROTEK túlfeszültségvédő szupresszor diódák alkalmazása az autóelektronikában
2016 február 8.
Összefoglalás :
Az autóiparnak az elmúlt 50 évben az egyik legérdekesebb területe minden bizonnyal az autóelektronika, hiszen a hetvenes években megjelenő motorvezérlő egységektől (engine control unit - ECU) a manapság szokásos tucatnyi mikrokontrolleres rendszer elterjedéséig rengeteg dolog történt. A hatékonyságnövelő és kényelmi funkciók biztosításához a tervezőmérnökök mind több, szabványos buszrendszereken keresztül egymással kommunikáló, intelligens elektronikai egységet terveznek az új járművekbe, ami az áramkörvédelemre szakosodott komponens gyártóknak is nagy kihívást jelent, mert az eszközök túlfeszültség elleni védelme tudja csak biztosítani a garanciális javítási költségek minimális szinten tartását. Tehát a megfelelő áramkörvédelem nagyon fontos szempont az autóelektronikai fejlesztésben.
Rendszerek az autóban, melyek áramkörvédelemre szorulnak
Az autóelektronikai rendszerek általában a motorvezérléshez kötődnek, de természetesen a biztonsági rendszerek, mint például a fékek, a légzsákok, ütközés elkerülő vagy parkolást segítő funkciók köré is bonyolult elektronika épül. Egyes biztonsági rendszerek kötelezőek, például Európában már az automata keréknyomás érzékelés (TPMS) előírás, de nemsokára az E-call rendszer is minden gépjárműben alapfelszereltségként jelenik meg. A vezetési élményt elősegítő telematikai, navigációs egységekben, vagy a klímavezérlő, ülésfűtési, fedélzeti szórakoztató elektronikai rendszerekben gyakorta találunk szabványos kommunikációs portokat, mint USB, Ethernet csatlakozások, antenna, TFT képernyő interfészek, CAN és LIN busz vonalak. A tranziens túlfeszültség esetleges megjelenése ezek mindegyikében nagy kárt képes okozni, így a megfelelően megtervezett áramkörvédelem nagyon fontos szempont a garanciális költségek alacsony szinten tartásához.
Az autóelektronikában fellépő feszültség-tranziensek
Autóipari alkalmazások tranziens túlfeszültség ellenállóságának ellenőrzésére és a diszkrét félvezetőkkel történő védekezéshez szükséges szabványokat egységes formában az Automotive Electronics Council (AEC) hozta létre. Az AEC-Q101 szabványcsomag szabályozza az autóipari áramkörvédelmi eljárásokat. A szabványok különböző túlfeszültség típusokkal foglalkoznak:
- Elektrosztatikus feltöltődés „ESD”
- Induktív terhelések kapcsolásakor fellépő tranziensek „Surge”
- Akkumulátor töltés közbeni véletlen leválasztásából eredő „Load dump” tranziens feszültség
A tranziens túlfeszültségek három alaptípusba sorolhatók: Elektrosztatikus feltöltődés (ESD), az induktív terhelések kapcsolásakor fellépő „Surge” és a „Load dump” jellegű zavarok.
Az elektrosztatikus kisülés két eltérő töltöttségi szintű, illetve potenciálú tárgy közelítése, vagy egymáshoz érése folytán a szigetelő dielektrikum (levegő) átütésekor, általában szikra formájában megjelenő zavar. Általában 2-15 kV (1-4 szint) kisülési feszültség, rövid (ns) lefolyás és viszonylagos kis energia jellemzik.
A surge az ESD-nél nagyságrendekkel hosszabb (mikro szekundum nagyságrendű) nagyobb energiájú zavar, melyet általában villámütés, vagy kapcsolási tranziens okozhat.
A Load dump jellegű túlfeszültség általában úgy keletkezik, hogy nagy induktivitású forrásról a terhelést hirtelen lekapcsolják. Jellemző esete ennek, amikor a gépjármű akkumulátorát véletlenül hirtelen lekapcsoljuk a generátorról, miközben az töltődik. A tekercsekben felhalmozódott energia hosszú, általában milliszekundum nagyságrendű tranziens túlfeszültséget okoz, melyet a felfutás után lassú lefutás és nagy energia jellemez. A jelszint elérheti a 174 V-ot és akár 400 ms is lehet a lefutás ideje.
A következő táblázatban összefoglaltuk az előforduló tranziens túlfeszültségek jellemzőit, az előfordulásuk gyakoriságát és legfontosabb előidéző okaikat, hogy áttekintést adjunk az áramkörtervezéskor figyelembe venni szükséges feladatokról. Néhány ezek közül a jelenségek közül kritikus a járműelektronika akadálymentes működése szempontjából, ezért különös tekintettel kell lenni rájuk a túlfeszültség elleni védekezéskor.
| Járműelektronikában előforduló tranziensek | ||||
|---|---|---|---|---|
| Időtartama | Legfőbb oka | Feszültség amplitúdó | Energia | Gyakoriság |
| 200ms | Load Dump | < 125V | > 10J | Ritka |
| Állandó | Hibás feszültség szabályzó | 18V | Ritka | |
| < 320μs | Induktív terhelés kapcsolása | 80V - 300V | < 1J | Gyakori |
| 200ms | Generátor lekapcsolása | -100V -40V | < 1J | Minden leállításkor |
| 90ms | Indítási impulzus, akku lekapcsolódik | < 75V | < 0.5J | <500Hz Ritka |
| 1ms | Kábelköteg (induktív) átcsatolás | < 200V | < 1J | Gyakori |
| < 60ns | ESD | <15kV | <10mJ | Ritka |
| Megosztás a Facebookon | Megosztás a LinkedIn-en |
Hivatkozások
A cikk megjelent az alábbi helyeken:
| # | Média | Link |
|---|---|---|
| 1 | Elektronet 2016/1 | Elektronet : elektronikai informatikai szakfolyóirat, 2016. (25. évf.) 1. sz. 24-27. old. |
| 2 | Elektronet online | PROTEK túlfeszültségvédő szupresszor- diódák az autóelektronikában |
| 3 | English version | Overvoltage protection with PROTEK TVS diodes in automotive electronics |
| 4 | Jövő Gyára 2016/3 | 2016. 3. sz. 21-22.o. |