如何對車載電子產品進行電壓瞬變測試

隨著汽車產業的快速發展，為滿足人們對汽車安全、環保、節能及舒適性等要求，車載電子產品的應用越來越普及。由于汽車供電系統的輸出復雜，大電流馬達、電磁閥等元件導致供電電壓輸出經常發生波動，大電壓脈沖或跌落現象頻繁發生（圖 1），這將對車內電子產品的穩定工作帶來挑戰，尤其是與安全相關的電子產品，如安全氣囊控制電路、ABS控制電路等。非正常電壓波動將造成這些設備的 CPU或其它芯片進入重啟、鎖死或者未知狀態，直接影響到車內人員的安全。

圖1實測汽車啟動時輸出電壓的跌落過程電壓跌落最大達到5V時間持續超過2秒

?? 如何在實驗室里仿真出實際供電系統中出現的電壓瞬變現象，以便盡早發現車載電子產品在可靠性方面存在的隱患成為廣大汽車電子產品研發和設計驗證人員非常關心的問題。為方便測試，國際標準化組織提供了一系列電壓瞬變波形測試模版（圖2），用以仿真各種情況下的電壓波形。如ISO-7637、ISO-16750等文擋，對汽車在各種運行環境下的電壓瞬變波形進行預測，工程師可以在實驗室里，按照模版定義的電壓波形對待測件進行測試，以判斷產品是否達到要求。
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圖2ISO-16750-2中定義的幾種典型電壓瞬變波形

完成此類測試通常難度較大，因為瞬間電壓跌落或過沖現象往往速度快，波形特殊，并帶有一定的功率輸出。使用函數發生器雖然帶寬足夠，也方便地產生各種波形，但輸出功率非常?。ㄍǔＴ诤镣呒墑e），無法用于驅動待測件。普通電源雖然功率大，但是輸出電壓變化速度慢，通過編程控制電源輸出，只能產生簡單的以秒為單位變化的波形，無法達到測試模版中定義的電壓瞬變速度。

選用帶有模擬編程功能的電源，在一定程度上可提高電源輸出波形的頻率范圍。帶有模擬編程功能的電源在系統中的作用相當于一個功率放大器，將模擬編程端輸入的波形信號成比例放大并輸出，系統結構如圖3所示：
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圖3采用模擬編程法輸出電壓瞬變波形

通過這種方法可以產生一些復雜波形，函數發生器驅動電源產生帶有功率的電壓瞬變波形。但是由于電源速度的限制，輸出波形的頻率被限制在幾十赫茲的范圍內。另外，模擬編程法會導致輸出電壓精度的下降。

高速電源是完成電壓瞬變測試最理想的方法。例如安捷倫N6705A直流功耗分析儀，帶有豐富的前面板功能，無須編程即可定義各種電壓瞬變波形（圖4）。并在前面板屏幕上直接觀察到電源輸出電壓電流實際曲線。
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??? 圖4通過安捷倫N6705A直流功耗分析儀直接產生電壓瞬變波形

復雜的電壓瞬變波形可以通過描點方式實現。圖5中，左邊的輸出對應ISO-16750-2中定義的發動引擎時典型的電壓跌落波形。右邊波形中，每次電壓跌落幅度增加5%，直到待測電子設備發生重啟為止，該測試用以判斷車載電子設備的重啟電壓。
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圖5通過描點法利用高速電源產生復雜電壓瞬變波形

ISO提供的測試模版可以預測大多數情況下供電系統中產生的電壓瞬變波形，但模版測試仍然無法完全覆蓋真實供電環境下的電壓變化。由于實際應用環境各不相同，車載電子產品必須經過真實環境測試后，才能被認為真正達到設計要求。真實環境測試需要將待測件放置在車內環境中，甚至與發動機、實際車內負載等設備連接，測試條件非常復雜，而偶發的電壓變化波形出現頻率很低，難以控制，需要反復測試才能得到所需要的測試條件。為了簡化測試方法，工程師希望能在實驗室中通過儀器復現出這些偶發電壓波形，更方便的完成實際環境測試。