【導讀】在汽車電子中，load dump指zhi的de是shi低di壓ya電dian池chi在zai充chong電dian時shi與yu車che輛liang的de發fa電dian機ji突tu然ran斷duan開kai連lian接jie。由you於yu電dian池chi的de突tu然ran斷duan開kai，其qi餘yu被bei接jie在zai發fa電dian機ji總zong線xian上shang的de負fu載zai會hui承cheng受shou非fei常chang大da的de浪lang湧yong電dian壓ya。這zhe個ge浪lang湧yong電dian壓ya的de峰feng值zhi可ke能neng高gao達da120V並且持續時間長達400ms才會衰減，這會對車載的低壓用電設備造成成噸的傷害。所以通常12V的係統需要鉗位到40V
；24V的係統需要鉗位到60V，以保證其安全和可靠。

讓我們聊聊Load Dump

在汽車電子中，load dump指zhi的de是shi低di壓ya電dian池chi在zai充chong電dian時shi與yu車che輛liang的de發fa電dian機ji突tu然ran斷duan開kai連lian接jie。由you於yu電dian池chi的de突tu然ran斷duan開kai
，其qi餘yu被bei接jie在zai發fa電dian機ji總zong線xian上shang的de負fu載zai會hui承cheng受shou非fei常chang大da的de浪lang湧yong電dian壓ya。這zhe個ge浪lang湧yong電dian壓ya的de峰feng值zhi可ke能neng高gao達da120V並且持續時間長達400ms才會衰減，這會對車載的低壓用電設備造成成噸的傷害。所以通常12V的係統需要鉗位到40V；24V的係統需要鉗位到60V，以保證其安全和可靠。

下麵兩個圖示大概說明了一下load dump產生的原因。

為什麼電池突然斷開會產生load dump
？原理是什麼
？

發(fa)電(dian)機(ji)有(you)非(fei)常(chang)大(da)的(de)電(dian)感(gan)量(liang)

，電(dian)池(chi)又(you)是(shi)很(hen)大(da)的(de)負(fu)載(zai)。所(suo)以(yi)當(dang)電(dian)池(chi)突(tu)然(ran)斷(duan)開(kai)時(shi)，對(dui)於(yu)發(fa)電(dian)機(ji)來(lai)說(shuo)相(xiang)當(dang)於(yu)電(dian)感(gan)上(shang)的(de)電(dian)流(liu)發(fa)生(sheng)了(le)突(tu)變(bian)。根(gen)據(ju)楞(leng)次(ci)定(ding)律(lv)，此(ci)時(shi)電(dian)感(gan)會(hui)產(chan)生(sheng)一(yi)個(ge)反(fan)向(xiang)的(de)感(gan)應(ying)電(dian)動(dong)勢(shi)E來阻止電流突變，這就是你看到的load dump波形。

OK
，知道什麼是load dump，讓我們再來看一下相關的標準。

1. 初始標準是ISO7637-2。在2010年時，用ISO16750-2替代了ISO7637-2，所以目前的load dump以ISO16750-2為標準。

2. 
   

2. 標準裏定義了幾種脈衝電壓的波形，pulse 1,2a,2b,3a,3b,5a,5b
，其中5a才是我們所說的load dump波形。

下麵給出兩種標準的波形和參數，可以對比一下兩者之間的區別：

主要區別是以下三點：

• ISO16750-2的測試次數是10次（間隔時間1分鍾）；ISO7637-2的測試次數是1次；

• ISO16750-2的峰值電壓Us要高於ISO-7637-2
  ；

• ISO16750-2的US*電壓又明確定義；ISO7637-2的US*電壓允許用戶自定（這點和5b有關，這裏先不做討論）。

基於以上三點
，我們可以看出新的ISO16750-2要比之前的ISO7637-2更為嚴格。

OK，了解了測試標準後
，那我們就需要選擇一顆合適的TVS來做保護了
，跟著我來一步步計算下吧！

首先，選這顆TVS有兩個目標是一定需要滿足的：

1. TVS鉗位電壓需要小於後級元器件的最大耐壓
，在12V係統中後級元器件的最大耐壓一般為40V，考慮一些餘量，TVS鉗位電壓為35V比較合適。（24V係統的TVS鉗位電壓為65V比較合適）

；

2. TVS需要能吸收load dump的能量並且不被損壞。

這裏我們計算12V係統worst case時候的load dump來作為例子
，參考ISO16750-2的標準。

列出以下的已知條件：

Vp(max)=101V;

Ri(min)=0.5ohm;

td(max)=400ms;

Vclamp=35V

1. 計算TVS承受的瞬時峰值功率Ppp

Ipeak=(Vp-Vclamp)/Ri=(101-35)/0.5=132A

Ppp=Ipeak x Vclamp=132x35=4.62kW

2. 計算峰值功率Ppp的持續時間T_conduct

解釋一下下麵的圖，上圖是load dump的波形，下圖是TVS吸收的電流。在load dump的電壓＞Vclamp時
，會有電流流過TVS
，意味著TVS吸收了load dump的能量
，所以要計算的就是這部分的時間T_conduct。（為了簡化計算，波形都近似成三角形）

slop of load dump=Vp/td=101/400=0.2525

T_conduct=(Vp-Vclamp)/slop=(101-35)/0.2525=261ms

3. 最終結果

Ppp = 4.62kW @ T_conduct=261ms

Ppp = 4.62kW @ (½)T_conduct = 130.5ms（為了和TVS的規格書做比較
，需要換算成1/2 T_conduct）

OK
，計算結果有了，讓我們來找一份TVS的規格書看一下。

下圖是Littlefuse SLD8S係列的規格書，該係列是專門針對load dump應用而開發的TVS產品。

從下麵這個圖中，我們可以得到該TVS的：

Ppp=2.2kW@td=130ms<Ppp(load dump)=4.62kW

顯然
，單顆TVS是無法滿足要求的。考慮一些設計餘量以及高溫derating的影響，這裏我們需要選擇三顆TVS並聯的方案。

Ppp(3pcs in parallel)=3x2.2=6.6kW>Ppp(load dump)=4.62kW

TVS電壓的選擇
，因為需要考慮jump start的要求，所以必須選擇24V以上的，一般30V或者33V的TVS是比較常見的選擇。

綜上所述三顆SLD8S30A或者SLD8S33A並聯是對策上述load dump測試較合適的選擇。

細心的同學可能已經發現了，上述兩顆TVS的Vclamp均大於40V(48.4V，53.3V)
，但之前計算的時候不是說過Vclamp<35V才能有效地保護後級40V耐壓的器件嗎

？這樣選型是否會無法保護後級的器件？

這樣的擔心不無道理，不過TVS的Vclamp和Ipp是成正比的，也就是說Ipp如果能減小的話Vclamp也是會減小的
；三顆並聯的方案給Ppp留出了較大的餘量，於此同時流過每顆TVS的Ipp也會相應的小於規格書中的值
，所以實際的Vclamp應該會小於規格書中的標稱值。大概的計算如下：

Ipeak = 132A,So each TVS/SLD8S30A = 132/3 = 44A

Rd of SLD8S30A=(Vclamp-Vbr)/Ipp=(48.4-35.05)/144=0.093ohm

Vclamp_actual=Ipp_actualxRd+Vbr=44x0.093+35.05=39.142V

可以看到在三顆TVS並聯的方案下，Vclamp=39V<40V可以滿足需求。當然你也可以選擇更低電壓的TVS來進一步降低Vclamp，比如SLD8S28A等等。當然，這些都是論計算
，需要通過實際的測試來做驗證。

最後，聊一個小問題，新能源汽車還需要考慮load dump嗎？請大家聊聊你的看法吧！

文章來源：Littelfuse

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