广告

如何正确计算感性负载浪涌电流的热温升

2020-01-19 高杨 阅读:
汽车的控制器控制着各种类型的负载。例如,车灯在车身控制模块的负载中占有很大比重。不正确的设计和器件选型会对控制器造成失效,影响产品的质量。本文详细解释了灯泡在浪涌电流下的物理模型和仿真模型,进而给出了如何在设计中计算浪涌电流,并验证在此条件下器件的设计安全。

汽车的控制器控制着各种类型的负载,包括阻性负载、容性负载和感性负载。例如,车灯在车身控制模块的负载中占有很大比重。不正确的设计和器件选型会对控制器造成失效,影响产品的质量。本文详细解释了灯泡在浪涌电流下的物理模型和仿真模型,进而给出了如何在设计中计算浪涌电流,并验证在此条件下器件的设计安全。j1Eednc

浪涌电流的产生和负载的种类和特性有关,和通断频率也有关系。特别是在有浪涌电流存在的负载情况,应和稳态电流一起测定浪涌电流值。1显示了有代表性的负载种类与浪涌电流的关系。j1Eednc

图1:典型的负载种类与浪涌电流的关系。j1Eednc

1可以看出,当负载为灯泡时,浪涌电流约是稳态电流的10~15倍,本文重点讨论汽车中的白炽灯。以汽车前大灯为例,一般是55W的额定功率。j1Eednc

图2:白炽灯的参数模型。j1Eednc

为确定白炽灯的参数模型中的R1、R2、C1的参数,下面把参数模型的数值逐一定义出来。j1Eednc

第一步,先计算出稳态下的R1j1Eednc

j1Eednc

稳态电流:j1Eednc

第二步,确定R2。在浪涌的初始状态,白炽灯的等效电路呈现出电容的特性,即在很短暂的时间到达峰值电流后,又衰减成稳态电流。因此,还需要在电容的回路上串联一个电阻(R2)。j1Eednc

第三步,计算电容的值。白炽灯的等效电路上电容电流的衰减可以由下式给出:j1Eednc

j1Eednc

(可以认为在10ms的时间后电流达到了稳态电流值,此时的浪涌电流已经下降到初始值的约63%) 图3给出了已完成参数定义的55W白炽灯泡的Pspice等效模型。j1Eednc

图3:白炽灯泡的Pspice等效模型(55W)。j1Eednc

为了验证参数定义的有效性,仿真的结果和实际的测量值也相当一致(见4)。需要注意的是,3只是给出了冷态下单次浪涌电流下白炽灯的等效模型(55W)。j1Eednc

图4:55W白炽灯Pspice等效模型的仿真结果。j1Eednc

以上分析了器件的物理特性和仿真,在工程实践中还需要通过器件选型来确保在浪涌电流下设计的安全。j1Eednc

1)计算浪涌电流下开关控制器件的温升(以BTS5020-2EKA为例):j1Eednc

稳态电流:j1Eednc

浪涌电流为:j1Eednc

考虑到灯泡制造中参数的离散性,还要加上约10%的设计裕量,因此在选择功率器件时要确保器件的Isc > (1+10%)Iinrush。从BTS5020-2EKA的数据表中查出Isc = 50A。计算出的值为50.38A,由于是在极限的情况下超出边界值,在最差情况下分析时可以认为对设计没有影响。j1Eednc

2)验证在浪涌电流下的功率损耗j1Eednc

功率损耗:j1Eednc

(Rds(on) = 44mΩ,BTS5020-2EKA数据表给出)j1Eednc

在BTS5020-2EKA数据表中找到热阻和脉冲时间的曲线图(见5),找到10ms(0.01s)的那条2S2P(4层板)对应曲线,得到的ZthJA=2℃/W。j1Eednc

图5:数据表中热阻和脉冲时间的曲线图。j1Eednc

浪涌电流引起BTS5020-2EKA的温升:j1Eednc

ΔT = Ploss×ZthJA = 46×2 = 92(℃)j1Eednc

TJ = Tambient+ΔT = 25+92 = 117(℃)j1Eednc

TJ小于器件给出的最高结温要求(见6)。j1Eednc

图6:数据表中结温范围要求。j1Eednc

通过以上的设计分析和计算,可以认为BTS5020-2EKA满足在实际应用下浪涌电流的要求。j1Eednc

本文为《电子技术设计》2020年2月刊杂志文章,版权所有,禁止转载。免费杂志订阅申请点击这里j1Eednc

  • 在高温下,Tj看计算有风险了。
  • 0.26欧姆那个地方是不是有笔误
本文为EDN电子技术设计 原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
高杨
近20年在汽车电子TOP10公司经验,特别是在车载控制器领域(多媒体、车身、驾驶辅助及VCU)。曾任职博世汽车专家级工程师,超过10年在汽车零部件(博世和大陆汽车),5+年汽车半导体(德州仪器和英飞凌),历任多种资深(系统、设计、产品)工程师职务。丰富的平台开发(从0到1)及产品开发的工程经验和技术积累。 Ford SYNC第一代的核心硬件工程师,定义和开发了德州仪器(TI)第一款智能高边驱动器(TPS1H100-Q1),填补了公司在汽车电子市场的技术路线和市场空白。 整理和标准化了与设计开发的技术文件,可以直接用于指导设计及融入公司的文件体系中,满足体系审查要求和提高公司的设计流程和管理水平。硬件设计流程管理的模板(45+篇),硬件设计评审和检查清单模板(50+篇)。 企业内训师认证(TTT) ,超过2500页汽车电子设计培训内容PPT,满足从入门、中级及高级汽车电子设计的培训要求,目前在4家企业内部实施过培训,收到了很好的反馈。 目前获得13件汽车电子专利(截止2019年12月)。《EDN电子技术设计》汽车电子专栏作者ednchina.com/author/gaoyang
  • 微信扫一扫
    一键转发
  • 最前沿的电子设计资讯
    请关注“电子技术设计微信公众号”
  • “中国IC设计成就奖”提名产品简介:碳化硅肖特基二极管 碳化硅肖特基功率二极管在开关电源电路中的应用,更好的让电路工作在高频状态,减小电路中电感等元件体积重量,由于碳化硅肖特基二极管优良的耐温性能和低损耗特性,让电路中热沉的体积重量得到改善,便于优化电路的热设计,与此同时,应用了SOD123封装形式的该款器件,为功率二极管小型化提出了解决方案,更好的贴合对器件小型化和产品功率密度改善有要求的客户需求。该产品可应用于高频ACF,小功率GaN适配器,驱动部分自举电路,高频DC/DC电路等应用场合。G51XT碳化硅肖特基二极管已进入市场,有良好的市场反馈。
  • 瑞萨电子推出64位RISC-V CPU内核RZ/Five通用MPU,开创R 产品作为瑞萨现有Arm CPU内核MPU阵容的新成员扩充RZ家族的产品组合
  • “中国IC设计成就奖”提名产品简介:车规级数字通讯隔离 Chipways汽车级电池组隔离器XL8820系列产品是同时满足AEC-Q100汽车可靠性标准和ISO 26262汽车功能安全标准的车规级隔离式通讯接口芯片。
  • “中国IC设计成就奖”提名产品简介:32Mb串口RAM-IS66/6 该产品融合了传统SRAM和DRAM的优势,具有容量大、速度快、引脚少、成本低的优点,并可提供具有高可靠性的车规级产品。产品接口简单,无需太多复杂接口设计,可有效增强系统性能,简化设计,减少系统总成本。
  • “中国IC设计成就奖”提名产品简介:业界首款车规级超高 GD25/55LT是业界首款超高速四通道的SPI NOR Flash产品系列 ,最高时钟频率达到200MHz,数据吞吐率高达200MB/s,是现有产品的3倍以上。内置ECC算法与CRC校验功能,在提高可靠性的同时延长了产品使用寿命,DQS和DLP功能为高速系统设计提供了保障。通过了车载AEC-Q100的认证。GD25/55LT系列产品是业内最高性能,超高可靠性的四通道SPI NOR Flash车规级解决方案,在满足车载应用对Flash即时响应需求的同时又满足了功能安全的要求。
  • “中国IC设计成就奖”提名产品简介:FORESEE车规级eMMC 2020年,江波龙电子旗下行业类品牌FORESEE发布车规级eMMC,并通过AEC-Q100验证,成为国内为数不多通过AEC-Q100验证的存储品牌之一。
  • “中国IC设计成就奖”提名产品简介:高速存储控制芯片HG 宏芯宇自主研发的全球首颗40nm的USB接口存储控制芯片HG2319,采用USB3.0技术,实现了闪存存储速度创新,一举将速度提升10倍,满足了人们高速传送高品质影像档案的速度要求,省电节能、更高兼容性、成本更低。采用BCH 90 Bit ECC纠错引擎,相比同业采用的72bit更加强化存储容错率,等同于增加闪存盘产品稳定性与寿命,透过领先的研发技术,HG2319目前是同业产品中最小面积的设计,成本领先同业。
  • 自耦变压器SPICE建模 自耦变压器又称为单绕组变压器,可分升压变压器及降压变压器;它是一种只有一组线圈的变压器,其中一个线圈作为另一线圈的一部份...
  • 拆解小米WatchS1智能手表,看看主板上的主要IC来自哪些 根据小米官方的描述,小米智能手表Watch S1型号中的S,取自“Super”的缩写,代表了强大。也代表着S1是面对高端市场的产品。那究竟是否如其名呢?
  • “中国IC设计成就奖”提名产品简介:车用高性能电机驱动 1.可用于无感/有感的BLDC/PMSM电机、三相/单相感应电机、伺服电机驱动。 2.可应用于汽车电子、吊扇、落地扇、吸尘器、工业风机、水泵、压缩机、电动车、电动工具、航模等领域。 3.一款集成电机控制引擎(ME)和8051内核的高性能电机驱动专用芯片,ME集成了FOC、MDU、LPF、PID、SVPWM等诸多硬件模块,可由硬件自动完成有感/无感BLDC/PMSM电机的FOC驱动/方波驱动的运算和控制; 8051内核用于参数配置和日常事务处理,双核并行工作实现各种高性能电机控制。芯片内部集成有高速运算放大器、比较器、Pre-driver、高速ADC、CRC、SPI、I2C、UART、LIN、CAN、多种TIMER等功能,内置高压LDO,适用于BLDC/PMSM电机的方波、FOC驱动控制。 4.通过AECQ100车规认证。
  • “中国IC设计成就奖”提名产品简介:高性能大算力全场景 - AI性能跑分更强,超越Nvidia Orin - 应用当前先进的安全技术和研发流程 - 国内唯一可获得、支持快速量产的整车智能计算平台芯片
  • “中国IC设计成就奖”提名产品简介:车规级高性能自动驾 2021年4月,黑芝麻智能发布车规级高性能自动驾驶计算芯片华山二号A1000 Pro,并于同年7月流片成功。华山二号A1000 Pro自动驾驶计算芯片是目前国产性能最强的车规级高性能自动驾驶计算芯片。
广告
热门推荐
广告
广告
EE直播间
在线研讨会
广告
广告
面包芯语
广告
向右滑动:上一篇 向左滑动:下一篇 我知道了