如何对车载电子产品进行电压瞬变测试

随着汽车产业的快速发展，为满足人们对汽车安全、环保、节能及舒适性等要求，车载电子产品的应用越来越普及。由于汽车供电系统的输出复杂，大电流马达、电磁阀等元件导致供电电压输出经常发生波动，大电压脉冲或跌落现象频繁发生（图 1），这将对车内电子产品的稳定工作带来挑战，尤其是与安全相关的电子产品，如安全气囊控制电路、ABS控制电路等。非正常电压波动将造成这些设备的 CPU或其它芯片进入重启、锁死或者未知状态，直接影响到车内人员的安全。

图1实测汽车启动时输出电压的跌落过程电压跌落最大达到5V时间持续超过2秒

   如何在实验室里仿真出实际供电系统中出现的电压瞬变现象，以便尽早发现车载电子产品在可靠性方面存在的隐患成为广大汽车电子产品研发和设计验证人员非常关心的问题。为方便测试，国际标准化组织提供了一系列电压瞬变波形测试模版（图2），用以仿真各种情况下的电压波形。如ISO-7637、ISO-16750等文挡，对汽车在各种运行环境下的电压瞬变波形进行预测，工程师可以在实验室里，按照模版定义的电压波形对待测件进行测试，以判断产品是否达到要求。
    

  

图2ISO-16750-2中定义的几种典型电压瞬变波形

完成此类测试通常难度较大，因为瞬间电压跌落或过冲现象往往速度快，波形特殊，并带有一定的功率输出。使用函数发生器虽然带宽足够，也方便地产生各种波形，但输出功率非常小（通常在毫瓦级别），无法用于驱动待测件。普通电源虽然功率大，但是输出电压变化速度慢，通过编程控制电源输出，只能产生简单的以秒为单位变化的波形，无法达到测试模版中定义的电压瞬变速度。

选用带有模拟编程功能的电源，在一定程度上可提高电源输出波形的频率范围。带有模拟编程功能的电源在系统中的作用相当于一个功率放大器，将模拟编程端输入的波形信号成比例放大并输出，系统结构如图3所示：
     

图3采用模拟编程法输出电压瞬变波形

通过这种方法可以产生一些复杂波形，函数发生器驱动电源产生带有功率的电压瞬变波形。但是由于电源速度的限制，输出波形的频率被限制在几十赫兹的范围内。另外，模拟编程法会导致输出电压精度的下降。

高速电源是完成电压瞬变测试最理想的方法。例如安捷伦N6705A直流功耗分析仪，带有丰富的前面板功能，无须编程即可定义各种电压瞬变波形（图4）。并在前面板屏幕上直接观察到电源输出电压电流实际曲线。
   

    图4通过安捷伦N6705A直流功耗分析仪直接产生电压瞬变波形

复杂的电压瞬变波形可以通过描点方式实现。图5中，左边的输出对应ISO-16750-2中定义的发动引擎时典型的电压跌落波形。右边波形中，每次电压跌落幅度增加5%，直到待测电子设备发生重启为止，该测试用以判断车载电子设备的重启电压。
  

    

图5通过描点法利用高速电源产生复杂电压瞬变波形

ISO提供的测试模版可以预测大多数情况下供电系统中产生的电压瞬变波形，但模版测试仍然无法完全覆盖真实供电环境下的电压变化。由于实际应用环境各不相同，车载电子产品必须经过真实环境测试后，才能被认为真正达到设计要求。真实环境测试需要将待测件放置在车内环境中，甚至与发动机、实际车内负载等设备连接，测试条件非常复杂，而偶发的电压变化波形出现频率很低，难以控制，需要反复测试才能得到所需要的测试条件。为了简化测试方法，工程师希望能在实验室中通过仪器复现出这些偶发电压波形，更方便的完成实际环境测试。