《電子技術應用》
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采用智能功率器件從容應對沖擊電流
摘要: 在汽車的各類控制模塊的中,特別是在車身電子控制模塊中,車燈在車身電子控制模塊的負載中占有很大比重。而當開通車燈時的沖擊電流對于設計者來說要更加注意,因為不正確的器件選型和設計會對器件造成永久損害而失效,甚至影響產(chǎn)品的質(zhì)量。本文以英飛凌公司的智能PROFETBTS5020-2EKA_DS20為例,詳細解釋了燈泡在沖擊電流的物理模型,進而給出了如何在設計中計算沖擊電流下驗證器件的安全。
Abstract:
Key words :

  在汽車的各類控制模塊的中,特別是在車身電子控制模塊中,車燈在車身電子控制模塊的負載中占有很大比重。而當開通車燈時的沖擊電流對于設計者來說要更加注意,因為不正確的器件選型和設計會對器件造成永久損害而失效,甚至影響產(chǎn)品的質(zhì)量。本文以英飛凌公司的智能PROFETBTS5020-2EKA_DS20(http://www.infineon.com/Profet)為例,詳細解釋了燈泡在沖擊電流的物理模型,進而給出了如何在設計中計算沖擊電流下驗證器件的安全。

  沖擊電流的產(chǎn)生和負載的種類和特性有關,和通斷頻率也有關系。特別是在有沖擊電流存在的負載的情況請與穩(wěn)態(tài)電流一起測定沖擊電流值。下圖顯示了有代表性的負載種類與沖擊電流的關系。

負載種類與沖擊電流的關系

  從上表可以看出,當負載為燈泡時,沖擊電流是穩(wěn)態(tài)電流的10~15倍,本文討論的重點為白熾燈。為了更好的理解燈泡的沖擊電流,可以通過對白熾燈外部特性,建立關于白熾燈的PSPICE的模型,進而可以通過仿真進行研究沖擊電流的特性。以車大燈為例,55W@12V。

參數(shù)模型

  上圖為需要確定參數(shù)的白熾燈的參數(shù)模型,下面來把每個參數(shù)逐一定義出來。

  第一步:先計算出穩(wěn)態(tài)下的穩(wěn)態(tài)下的 ,

  第二步:確定R2。在Inrush的初始狀態(tài),白熾燈的等效電路呈現(xiàn)出電容的特性:即在很短暫的時間到達峰值電流后,又被衰減成穩(wěn)態(tài)電流。因此,還需要在電容的回路上串聯(lián)一個電阻(R2)。

串聯(lián)一個電阻

  第三步:計算電容的值。白熾燈的等效電路上電容電流的衰減可以由下式給出:

電容電流的衰減

  (可以認為在10ms的時間后電流達到了穩(wěn)態(tài)電流值,此時的沖擊電流已經(jīng)下降到初始值的約63%。)

穩(wěn)態(tài)電流值

  下圖給出了完成了參數(shù)定義的55W白熾燈泡的PSPICE等效模型。

白熾燈泡的PSPICE等效模型

  為了驗證參數(shù)定義的有效性,用PSPICE仿真的結果和實際的測量值相當?shù)囊恢?。需要注意的是,這個模型只是給出了冷態(tài)下單次沖擊電流下白熾燈的模型。

  用PSPICE仿真出來的結果,如下圖。

PSPICE仿真出來的結果

   下面來計算沖擊電流下BTS5020-2EKA的溫升。

穩(wěn)態(tài)電流

在數(shù)據(jù)表中找到熱阻和脈沖時間的曲線圖

對應曲線

沖擊電流

  以上的分析都是在最差情況下通過,所以可以認為BTS5020-2EKA滿足在次應用下瞬時沖擊電流下的熱溫升的要求。

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