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前言

ISO -2 是国际标准，针对道路车辆的电子电气产品。它主要聚焦于电子电气部件的电性能测试。此标准对汽车电子设备在供电环境下的各种测试要求进行了详细规定，以确保这些设备在车辆运行过程中遇到各种电气状况（工况如下图所示）时能够可靠工作。

从 4.2 到 4.13 期间，有十二项电性能测试。这十二项电性能测试每一项都对汽车电子产品的设计提出了不同的要求。本文主要针对这十二项测试进行解读，同时给出设计建议，目的是让产品能够通过该标准测试并且提高产品的可靠性。

本文主要聚焦于 12V 汽车电子产品，故而解读与建议也仅会列举 12V 汽车电子产品的相关例子。24V 系统相较于 12V 系统，仅仅是电压有所升高，所以在某些测试中，其电压范围会存在差异，然而原理大致是相同的。

4.2 (DC) 直流供电电压

这项测试主要是为了验证产品在最小工作电压和最大工作电压这两种情况下能否正常工作。同时，这项测试要求在 DUT 工作温度范围的最低温度 Tmin 以及最高温度 Tmax 时都进行测试。测试的波形情况如下：

上图中的内容以及相关情况要依据产品实际的设计需求来确定，12V 系统的工作范围呈现如下所示的情况：

针对于该项测试，在产品硬件设计时可以注意以下几点：

- 在 Tmax − 20 °C 的温度下进行交流发电机故障测试属于长期过电压的相关内容。

该测试模拟交流发电机调节器（ ）故障的其中一种情况。

汽车的交流发电机会产生直流电，其电压在 13.5V 到 14.5V 左右，用于为整车电气设备供电。交流发电机的输出电压调节由电压调节器负责，电压调节器能够监控输出电压，并且根据实际情况进行调整，这样就能保证在不同负载条件下，输出电压始终保持稳定。如果电压调节器出现故障，交流发电机的输出电压可能会过高、过低、不稳定或者完全无输出。所以这项测试是针对输出电压高于正常值的情况。

在 12V 系统下，此项测试是在 Tmax - 20℃的温度条件下进行的。例如，若产品的工作温度范围是 -40℃至 85℃，那么就需要在 65℃的环境温度下进行测试。同时，要给 DUT 提供 18V 的供电。并且要求在测试结束后恢复正常供电时，DUT 能够正常工作（C）。

针对于该项测试，在产品硬件设计时可以注意以下几点：

4.3.1.2 在室温和Tmin下测试跳跃启动

跳跃启动这项测试模拟了汽车在电池电量耗尽或极低的状况下，借助外部电源（实际应用中通常为另一辆汽车，即救援汽车的电池）来进行跨接启动的情景。在这种情景中，救援汽车的电气系统可能是 12V，也可能是 24V（像卡车这类），因此该测试的测试条件是模拟 24V 电池的跨接。测试波形及条件如下：

给 DUT 提供 10.8V 的供电电压，接着把供电电压提升至 26V 并持续 60s，之后再将电压降到 10.8V 且持续 120s，在恢复到 10.8V 供电电压后，DUT 能够正常工作（C）。此测试分别在室温和 Tmin 环境下开展。

针对于该项测试，在产品硬件设计时可以注意以下几点：

4.3.2 瞬态过电压

测试条件如下：

整体来看，DUT 在最大工作电压下工作。接着，将供电电压升高到 18V，保持一定时间。之后，恢复到原来的状态，持续 1s。接着再次升高供电电压，如此重复，一共重复 5 个脉冲。

在通常情况下，标准规定在该项测试期间，DUT 的工作状态至少要达到 B。

该项测试属于过电压测试的一种情形。与 4.3.1.1 相比较，其唯一的不同之处在于过电压持续的时间。所以在实际设计时，需要依据我们所需要达成的工作状态来进行考量。

针对于该项测试，在产品硬件设计时可以注意以下几点：

4.4 叠加交流电压

叠加交流用于测试产品对车载系统中纹波的抗扰度，像发动机点火系统的火花放电这类情况，以及电动机启动或运行时所产生的电磁干扰等。测试的波形及条件具体如下：

该项测试有四个等级，如上述表格所示。我们需依据产品实际工况来挑选要进行的测试。标准规定在测试期间，DUT 的工作状态为 A。

针对于该项测试，在产品硬件设计时可以注意以下几点：

电源电压缓慢上升。

该项测试模拟的是供电电池逐渐放电以及充电的工况，其目的是用来评估汽车电子设备在电源电压缓慢变化时的性能和稳定性。测试的波形以及条件如下面的图所示：

其中电压UA在 ISO -1中给出：

总结而言：DUT 的供电电压先是从 14V 开始，以规定速度逐渐下降直至 0V，接着又从 0V 开始，以相同速度逐渐上升至 14V。标准规定，在测试期间，倘若供电电压处于产品工作电压范围内，那么 DUT 需处于工作状态 A；倘若供电电压低于产品工作电压范围，那么 DUT 的工作状态为 D。

针对于该项测试，在产品硬件设计时可以注意以下几点：

供电电压存在不连续的情况，具体表现为：供电下降或者中断，其中电源电压会瞬间下降。

这项测试是模拟传统保险丝元件在并联电路中熔化时的影响。

在汽车电气系统里，多个负载通常会通过各自的保险丝，以并联的方式连接到电源上，这样就能提供独立的保护。要是其中一个保险丝熔断了，从理论方面来讲，如果其他保险丝以及它们所连接的负载都能正常工作，那么其他负载的电压就不会受到影响。但是保险丝熔断后，电源总负载会发生瞬态变化。此时，发电机调节器会做出动态响应，以维持输出电压的稳定。在这个期间，可能会出现过度补偿的情况，也就是说，其他负载端的电压会有瞬时的波动。

此测试就是模拟这样的场景。测试波形如下：

总结而言，DUT 工作时，供电电压先从某个状态瞬间下降到 4.5V，此状态持续 0.1s 后，又恢复到原来的状态。标准规定在测试期间 DUT 的工作状态为 B。

针对于该项测试，在产品硬件设计时可以注意以下几点：

4.6.1.2 电源电压微中断

该项测试模拟了电源电压微中断事件的影响，这些事件是由供电线路短路或开路引起的。比如会出现触点故障、继电器故障、继电器触点反弹的情况，也会有从主电源切换到冗余电源的情况。

这项测试存在两个测试波形。标准规定，这两种 case 都必须进行测试。其波形及条件具体如下：

针对于该项测试，在产品硬件设计时可以注意以下几点：

4.6.2 in 电压降时的复位行为

此测试对产品在不同电压降下的复位行为进行了验证。该测试适用于具备复位功能的设备，像含有 MCU 的产品这种。测试的波形情况如下：

DUT 工作时，先将供电电压降低到 95%，并持续 5 秒；接着再次升高供电电压，持续 10 秒。之后继续降低供电电压到 90%，重复之前的步骤，每次降低 5%，一直到供电电压为 0。标准规定在测试期间 DUT 的工作状态为 C。

4.6.3 启动曲线测试

此项测试是为了验证连接到汽车电池和发动机的电子产品在发动机启动产生脉冲干扰这种情况下的稳定性和耐久性。测试的波形和条件如下：

整体波形模拟的情况如下：汽车启动时，启动器会吸收大电流来启动发动机。在这个过程中，电池电压会在一定时间内下降到 Us1。之后会保持一段时间（t1），接着在 t2 时间内上升至 Us。再保持一段时间（t3）后，在一定时间内恢复到正常电压。在交流发电机启动的时候，会有噪音叠加。这种噪音是以正弦脉冲的形式体现的，其频率为 2Hz，峰值到峰值的电压为 2V。

该项测试有4个，分别对应了如下4种工况：

这里面主要有三组对比：

整体看起来，最坏的工况就是老化电池在低温冷启动时的工况。

标准对测试期间 DUT 工作状态等级要求的划分较为细致，这种细致划分与测试工况以及产品工作电压范围有关，并且可以在表格中进行对应检索。

针对于该项测试，在产品硬件设计时可以注意以下几点：

4.6.4 Load dump 抛负载

该测试模拟这样一种情况：交流发电机正在产生充电电流，也就是在给其他负载供电，并且在此时交流发电机电路上还有其他负载。在这种情况下，断开电池，就会发生如下面图所示的负载突降瞬变。

下图为交流发电机三相定子绕组（3- ）以及二极管整流器（6- ）的示意图。二极管整流器把钉子的交流输出转变为给电池和负载充电的直流电压。在电池连接断开的那一瞬间，交流发电机就如同失去了一个大负载。此时，电压调节器尚未作出反应。所以，交流发电机的输出端会产生一个瞬间的浪涌电压，而这就是抛负载工况。

该测试存在两种情况，这两种情况分别对应着不同的交流发电机工作状态，其测试波形以及条件如下：

曾经 ISO 7637 - 2 中有 5a、5b 波形，和就是指它们。从 2011 年标准之后，它们被移到了 ISO - 2 中。

针对于该项测试，在产品硬件设计时可以注意以下几点：

设计出完善的电源监控和管理电路，比如在产品电源的入口处设计过压保护电路。

与供电电源直接连接且位于过压保护电路之前的器件及其引脚，像输入电容 Cin 等，在进行选型时，需注意这些器件要能够承受比 TVS 钳位电压更高的工作电压。

4.7 反向电压

这项测试用于验证产品在借助辅助启动装置时承受反向电池连接的能力。此测试包含两个 test case。对于 12V 系统的产品，能够依据实际情况选择其中一个 case 来开展测试。测试的波形及条件具体如下：

针对于该项测试，在产品硬件设计时可以注意以下几点：

4.8 and 接地基准和电源偏移

此测试是要验证组件在遭遇接地偏移以及电源偏移的情况下能够正常工作的能力。测试的条件具体如下：

在汽车电气系统里，同一个组件或者不同组件存在不同的电源线或地线。它们通常来自同一个供电单元，像 DC-DC 或交流发电机。由于组件位置有所差异，电源线或地线的线长以及线径也不一样，这就使得车内不同组件之间或者同一组件不同电源网络输入之间会出现电源偏移或者地偏移的情况。此项测试是要验证在电源偏移或地偏移的情况下（如按上表所列，最大偏移为±1V），组件之间的通信能否正常进行。也就是说，在偏移情况下，I/O 收发阈值依然是互相匹配的。

针对于该项测试，在产品硬件设计时可以注意以下几点：

4.9 Open 开路测试

开路测试的目的是评估汽车电子设备在电源或信号线束开路时的响应以及耐受能力。此测试包含单线中断和多线中断这两种情况，单线中断是断开单根线，多线中断是断开多根线，分别对应 4.9.1 和 4.9.2 这两种情形。

4.9.1 line 单线中断

此项测试用于验证产品在单线中断工况下的行为状态，中断类型包括静态和动态。静态中断表现为直接断开（即下述 Test 1 实验），动态中断意味着连接时断时续且较为松散（即下述 Test 1 实验），标准要求对这两个 Test 都进行测试，并且该项测试要求 DUT 的工作状态为 C 或 D。以下是两个实验的具体要求：

4.9.2 line 多线中断

此项测试的目的是验证产品在多条线束同时中断的工况下的行为状态，通常这种工况指的是连接器脱落等情况。标准规定了该项测试，要求 DUT 的工作状态为 C 或者 D。测试的步骤如下：

测试步骤中，多线中断与单线中断中的 Test 1 有所不同，前者是多根线（一整个连接器），后者是单根线。

4.10 / 短路 / 过载保护

该项测试模拟了产品出现短路和输出过载的工况，该工况分为两种情况，一是信号线和负载电路短路（4.10.2），二是输出过载（4.10.3）。

4.10.2 情况下，信号线与负载电路发生了短路现象。 信号线处于和负载电路短路的状态。 信号线与负载电路之间存在短路情况。

标准要求在 DUT 的该项测试下，其工作状态需为 C。关于信号线和输出负载短路的实验步骤具体如下：

总结来说，要先将 DUT 信号线或负载电路短接并保持 60 秒，接着在短接期间以及短接后观察 DUT 的表现和状态；之后再把该信号线或负载电路短接到地并持续 60 秒，同样在短接期间及短接后观察 DUT 的表现和状态。之后重复进行下一根信号线的短路测试，直至 DUT 的所有信号线和负载电路都完成该项测试。

针对于该项测试，在产品硬件设计时可以注意以下几点：

对于输出负载电路类的设计，在进行器件选型时，要选择带有短路保护的电源芯片或 High side 。例如，可以选择 TI 的 -Q1 。

4.10.3 of load 负载电流过载

该项测试的测试步骤如下：

测试负载电路在 100%负载电流时的表现，以及在 150%负载电流时的表现。

针对于该项测试，在产品硬件设计时可以注意以下几点：

4.11 耐压试验

具有电感负载的电路在关闭负载时有可能产生高压。这种高压有可能破坏隔离电路之间的绝缘性。该项测试是为了验证产品在这种工况下的介电耐压能力。只有包含电感元件（例如继电器、电机、线圈）或者连接到具有电感负载的电路的系统/组件才需要进行该测试。测试步骤如下：

在进行此项测试之前，DUT 需要依据 ISO -4 进行湿热循环测试。测试结束之后，DUT 要在室温下放置 0.5 小时。之后进行耐压测试，耐压测试为施加 500V rms（50Hz~60Hz）正弦电压，持续时间为 60 秒。测试位置如下。

针对于该项测试，在产品硬件设计时可以注意以下几点：

4.12 绝缘电阻

该项测试是验证产品的绝缘能力。测试步骤如下：

标准要求在开展此项测试之前，DUT 需依据 ISO -4 进行湿热循环测试。当测试结束后，DUT 要在室温环境下放置 0.5 小时。之后，进行施加且持续时间为 60 秒的绝缘电阻测试。测试位置如下：和 4.11 测试施加的位置相同。

针对于该项测试，在产品硬件设计时可以注意以下几点：

4.13 电磁兼容

本标准未对电磁兼容的具体测试项展开，仅给出了部分参考文档，具体如下：

EMC 是一个较为广泛的话题。之后会撰写一篇文章对其进行详细阐述。撰写完成后，会将其链接到此处。

至此，ISO -2 (2023) 标准已解读完毕。

因为笔者在项目经验和专业经验方面存在限制，所以对于每一项测试的硬件电路设计建议会有很多局限。请大家进行批判性阅读，并且欢迎大家留言来纠正和补充，谢谢！

附：DUT工作状态等级

设计总结

对上文提出的汽车电子产品硬件电路设计建议进行总结，部分细节未在此阐述，若想了解具体信息可直接翻至上文查找。

确定产品的工作温度范围后，在进行电路设计和器件选型时要留意温度降额的情况，像温漂等，以保证电路能在低温和高温环境下正常工作；在电源回路上安置储能元件，比如输入电容，以及瞬态抑制电路等，来抑制瞬态电压；在电源入口处增添合适的滤波电路和旁路电容，抑制交流干扰；对于对电源噪声和纹波敏感的电路，可使用线性稳压器供电，且在选型时要注意纹波抑制比，以减小噪声和干扰；要关注电源入口处第一级电源芯片的线性调整率（Line ）指标；合理规划电路板布局和布线，例如让敏感电路远离入口处电源及开关电源环路，避免信号线与电源线平行走线等，减少电磁耦合干扰；必要时采用隔离和屏蔽措施；要注意电源入口处 PCB 电源布线的宽度/面积，确保电源网络在低输入电压（相对高输入电流）情况下有足够的通流能力；电源入口处的电源芯片要支持宽压输入，并且能实现连续、稳定的输出电压调节；在电源入口处增加瞬态抑制二极管（TVS），把浪涌电压限制在合适的值，以保护后级电路，具体选型可参考汽车电子产品硬件电路设计——电源入口处 TVS 选择；在电源入口处设计完善的防反接电路，具体可参考汽车电子产品硬件电路设计——电源入口处防反接电路；对于车内组件间的通信，应优先选择差分信号传输技术，如 CAN、车载以太网等，提升电路对共模噪声（其中一项为电源偏移或地偏移）的抗干扰能力；如果实际确实需要单端信号传输，可提高互联系统收发阈值，提高容错率，比如发送端是 5V 高电平，那么接收端至少 4 - 6V 都要判断为高电平，以增强汽车电子产品在电源偏移或地偏移工况下的鲁棒性和可靠性。

对于 RS - 232 接口，在芯片选型时需要选择支持短路功能（对电源、对地）的接口芯片，一般此类接口芯片会支持该功能，可在芯片官网中查询到相关内容。要确保电路板上的连接器 / 导体间有足够的间距（爬电距离），特别是对于感性负载电路。参考文献涉及 ISO -1 以及 ISO - Cold 到负载突降的相关内容，包括针对 ISO 7637 - 2 和 ISO - 2 的相关论述，还有汽车电子产品硬件电路设计中电源入口处 TVS 的选择以及电源入口处防反接电路的相关内容。