Published January 1, 2022
| Version v1
Publication
Open
Analytical Expressions of Time-Domain Responses of Protection Circuits to ISO Reverse Transients in Automotive Applications
Description
As the use of semiconductors and electronic control units (ECU) in automobiles has increased, electromagnetic susceptibility has become more essential for the reliability of ECUs. Consequently, automotive ECUs are subjected to electromagnetic compatibility tests to control quality. Test pulses for electromagnetic immunity testing in the automotive industry, such as reverse transients 1 and 3a, defined in the International Organization for Standardization (ISO) 7637–2 standard document, are examined. In practice, it is necessary to analytically investigate the performance of the protection circuits against these reverse pulses. In this paper, theoretical expressions of the time-domain responses of the capacitor filter to these reverse pulses are derived. In addition, the expressions of the avalanche energy as well as the time during avalanche mode are presented. The analytical results, validated by LTspice simulation, show that for the case of pulse 1, the reversal battery-polarity protection device after the filter, i.e., a low-voltage power metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (MOSFET), is safe despite entering the avalanche breakdown mode. In the case of pulse 3a, the filter can almost completely remove the transient voltage and hence avoid the avalanche effect of the MOSFET. The verified expressions when the suppressed voltage reaches its maximum are very helpful for hardware design engineers to quickly determine whether the MOSFET undergoes avalanche breakdown.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
مع زيادة استخدام أشباه الموصلات ووحدات التحكم الإلكترونية (ECU) في السيارات، أصبحت الحساسية الكهرومغناطيسية أكثر أهمية لموثوقية وحدات التحكم الإلكترونية. وبالتالي، تخضع وحدات التحكم الإلكترونية في السيارات لاختبارات التوافق الكهرومغناطيسي للتحكم في الجودة. يتم فحص نبضات الاختبار لاختبار المناعة الكهرومغناطيسية في صناعة السيارات، مثل العابرات العكسية 1 و 3 أ، المحددة في الوثيقة القياسية للمنظمة الدولية للتوحيد القياسي (ISO) 7637-2. من الناحية العملية، من الضروري إجراء تحقيق تحليلي في أداء دوائر الحماية ضد هذه النبضات العكسية. في هذه الورقة، يتم اشتقاق التعبيرات النظرية لاستجابات النطاق الزمني لمرشح المكثف لهذه النبضات العكسية. بالإضافة إلى ذلك، يتم عرض تعبيرات طاقة الانهيار الجليدي وكذلك الوقت أثناء وضع الانهيار الجليدي. تُظهر النتائج التحليلية، التي تم التحقق من صحتها بواسطة محاكاة LTspice، أنه بالنسبة لحالة النبضة 1، فإن جهاز حماية قطبية البطارية العكسي بعد المرشح، أي ترانزستور تأثير مجال شبه موصل فلزي منخفض الجهد (MOSFET)، آمن على الرغم من دخوله في وضع انهيار الانهيار الجليدي. في حالة النبضة 3 أ، يمكن للمرشح إزالة الجهد العابر بالكامل تقريبًا وبالتالي تجنب تأثير الانهيار الجليدي لـ MOSFET. تعد التعبيرات التي تم التحقق منها عندما يصل الجهد الكامن إلى الحد الأقصى مفيدة جدًا لمهندسي تصميم الأجهزة لتحديد ما إذا كانت MOSFET تتعرض لانهيار جليدي بسرعة.Translated Description (French)
À mesure que l'utilisation de semi-conducteurs et d'unités de commande électroniques (ECU) dans les automobiles a augmenté, la sensibilité électromagnétique est devenue plus essentielle pour la fiabilité des ECU. Par conséquent, les calculateurs automobiles sont soumis à des tests de compatibilité électromagnétique pour contrôler la qualité. Les impulsions d'essai pour les essais d'immunité électromagnétique dans l'industrie automobile, telles que les transitoires inverses 1 et 3a, définies dans le document standard 7637–2 de l'Organisation internationale de normalisation (ISO), sont examinées. En pratique, il est nécessaire d'étudier analytiquement la performance des circuits de protection contre ces impulsions inverses. Dans cet article, des expressions théoriques des réponses dans le domaine temporel du filtre de condensateur à ces impulsions inverses sont dérivées. De plus, les expressions de l'énergie d'avalanche ainsi que le temps pendant le mode avalanche sont présentés. Les résultats analytiques, validés par la simulation LTspice, montrent que pour le cas de l'impulsion 1, le dispositif de protection de la polarité de la batterie d'inversion après le filtre, c'est-à-dire un transistor à effet de champ métal-oxyde-semiconducteur de puissance basse tension (MOSFET), est sûr malgré l'entrée en mode de claquage par avalanche. Dans le cas de l'impulsion 3a, le filtre peut éliminer presque complètement la tension transitoire et ainsi éviter l'effet d'avalanche du MOSFET. Les expressions vérifiées lorsque la tension supprimée atteint son maximum sont très utiles pour les ingénieurs concepteurs de matériel afin de déterminer rapidement si le MOSFET subit une panne par avalanche.Translated Description (Spanish)
A medida que ha aumentado el uso de semiconductores y unidades de control electrónico (ECU) en los automóviles, la susceptibilidad electromagnética se ha vuelto más esencial para la fiabilidad de las ECU. En consecuencia, las ECU de automoción se someten a pruebas de compatibilidad electromagnética para controlar la calidad. Se examinan los pulsos de prueba para las pruebas de inmunidad electromagnética en la industria automotriz, como los transitorios inversos 1 y 3a, definidos en el documento estándar de la Organización Internacional de Normalización (ISO) 7637–2. En la práctica, es necesario investigar analíticamente el rendimiento de los circuitos de protección contra estos pulsos inversos. En este documento, se derivan expresiones teóricas de las respuestas en el dominio del tiempo del filtro de condensador a estos pulsos inversos. Además, se presentan las expresiones de la energía de avalancha, así como el tiempo durante el modo de avalancha. Los resultados analíticos, validados por la simulación LTspice, muestran que para el caso del pulso 1, el dispositivo de protección de polaridad de la batería de inversión después del filtro, es decir, un transistor de efecto de campo de semiconductor de óxido metálico de potencia de baja tensión (MOSFET), es seguro a pesar de entrar en el modo de ruptura por avalancha. En el caso del pulso 3a, el filtro puede eliminar casi por completo el voltaje transitorio y, por lo tanto, evitar el efecto de avalancha del MOSFET. Las expresiones verificadas cuando el voltaje suprimido alcanza su máximo son muy útiles para que los ingenieros de diseño de hardware determinen rápidamente si el MOSFET sufre una avería por avalancha.Files
09779151.pdf.pdf
Files
(245 Bytes)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:be298ced225200c3c8c3ed232f8625a6
|
245 Bytes | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- التعبيرات التحليلية لاستجابات النطاق الزمني لدوائر الحماية للعابر العكسي ISO في تطبيقات السيارات
- Translated title (French)
- Expressions analytiques des réponses temporelles des circuits de protection aux transitions inverses ISO dans les applications automobiles
- Translated title (Spanish)
- Expresiones analíticas de las respuestas en el dominio del tiempo de los circuitos de protección a los transitorios inversos ISO en aplicaciones automotrices
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4285183300
- DOI
- 10.1109/access.2022.3176639
References
- https://openalex.org/W1830651615
- https://openalex.org/W1967326916
- https://openalex.org/W2103985605
- https://openalex.org/W2139556260
- https://openalex.org/W2168780660
- https://openalex.org/W2467338316
- https://openalex.org/W2762994074
- https://openalex.org/W2767237310
- https://openalex.org/W2801802756
- https://openalex.org/W2971729805
- https://openalex.org/W2979417807
- https://openalex.org/W3097077432
- https://openalex.org/W3152611226
- https://openalex.org/W4205823980
- https://openalex.org/W4206462029