车载OBC的浪涌设计一定要满足Class A吗？

最近，遇到一个的需求，就是要求车载OBC的浪涌满足Class A的要求。我在想，车载电源一定要满足Class A的要求的要求吗？我的理解是没有必要！ 为什么呢？咱慢慢聊。

对于任何产品，要求当然是越高越好的，但是产品设计也是一个系统工程，是技术需求，成本、质量等的平衡。车载产品重要是长期的稳定可靠。

一、开关电源浪涌的本质与产生机理

1、浪涌的定义与特点

浪涌（Surge）是电路中瞬间出现的远超正常工作值的电压或电流脉冲，持续时间在微秒至毫秒级，能量可达稳态的数十倍。在开关电源中主要表现为：

• 浪涌电压：如雷击或负载突变导致的千伏级瞬态过压。
• 浪涌电流：电源启动时电容/电感充电产生的瞬时高峰值电流（例如220V输入下100μF电容充电电流可达数十安培） 。

开关电源在运行过程中可能会受到浪涌（Surge）的影响。浪涌是一种瞬态过电压现象，通常由电力系统中的开关操作、电感性负载的切换、电容组的投切等引起。这些浪涌不仅可能对开关电源本身造成损害，还可能影响连接到其上的其他设备。

2、浪涌产生的原因/来源

电容充电效应：输入/输出滤波电容在电源启动时近似短路，根据公式 I=C⋅dt/dV（dt趋近0），产生极大充电电流。当电容组在随机时刻接入电网时，由于电容未充电，相当于短路，导致系统电压骤降，随后产生振荡，形成低频浪涌

电感能量释放：变压器或电感在开关管关断时产生反向电动势（楞次定律），叠加电源电压形成电压尖峰。电机、变压器、电动机驱动器等电感性负载在开关时会产生反向电动势（Back EMF），从而引发浪涌。例如，当开关断开时，电感中的电流不能突变，导致电压瞬间升高

外部干扰：

• 雷击通过电网传导高压脉冲（感应雷可达4kV以上）。
• 电网切换或大负载启停（如电机）引发瞬态波动。

二、浪涌对开关电源的影响

虽然开关电源在设计时通常会考虑浪涌保护，但浪涌仍然可能对其造成影响，以下是一些可能的影响（但不限于）

1、浪涌电流：当浪涌发生时，开关电源的输入电容需要快速充电，这会导致浪涌电流的产生。例如，3000A的浪涌电流在15ms内即可使能量充电至MOV）的钳位水平，此时浪涌基本结束。

2、浪涌电压：浪涌电压可能超过开关电源的额定电压，导致内部元件（如电容、晶体管、IC等）损坏。

3、误操作：在某些情况下，浪涌电流可能导致电源的保护电路误动作，例如触发输出电路的保护机制。

三、开关电源典型的浪涌防护电路

1、RC浪涌抑制电路：

这种电路由电阻 Rsn和电容 Csn串联组成，用于限制瞬态电压和电流，从而保护电路免受浪涌电压的影响。它通过电阻和电容的串联组合来吸收和限制浪涌能量，适用于对浪涌电流要求不高的场合。

图1、RC缓冲电路（左）和RCD缓冲电路（右）

2、SPD电路

该电路由第一级和第二级组成。第一级电路包含三个并联的开关 M1、M2 和 M3，以及一个接地开关 G1。这些开关在正常工作状态下保持闭合，但在过电压或浪涌事件发生时会迅速断开，从而保护后续电路。第二级电路由三个并联的开关 M4、M5 和 M6 组成，同样在过电压或浪涌事件时断开，进一步保护电路。整个电路还包括电感 L1 和 L2，以及电容 C1 和 C2，用于滤波和能量吸收。

图2、SPD电路

3、浪涌保护电路3

该设计用于同时吸收共模和差模浪涌。电路中包含电感器（L1 和 L2）、电容器（C1X、C1Y、C2X、C2Y）以及多个二极管（T1、T2、T3）。这些组件共同作用以保护负载（ZL）免受浪涌电压的影响。电感器和电容器在电路中起到滤波和能量吸收的作用，而二极管则用于限制浪涌电流。

4、车载OBC常用放浪涌电路

采用气体放电管与压敏电阻配合的方式进行浪涌能量的吸收，以避免车载OBC在充电过程中的浪涌失效。

图3、车载OBC防浪涌典型电路

当然了，我们可以根据不同的测试能量等级设计一级或者两级，甚至更多级的吸收。好需要配合对应的阻容及感性器件等配合使用。

四、浪涌测试的等级要求

根据IEC 61000-4-5标准，浪涌测试后的设备性能分为四个等级：

1、等级A：性能完全正常，无任何降级（理想状态）。

2、等级B：功能暂时丧失或降低，但能自动恢复。

3、等级C：功能暂时丧失，需人工干预恢复。

4、等级D：硬件损坏或数据丢失，不可恢复。

如想详细了解，可自行阅读标准。

五、车载OBC一定要做到class A吗？

对于大多数电源产品来说，都有浪涌等级的要求，但是大部分产品都是等级B或者等级C。多数产品标准（如通信、工业电源）允许等级B或C，尤其是承受高能量浪涌后短暂重启或保护动作属于可接受范围。例如：通信设备在浪涌后触发告警并需维修（等级B），只要不造成永久损坏即符合要求；电源产品在异常工作（如开机浪涌）允许短暂性能降级。

在一些特定场景下是需要做到等级A的。比如医疗或安全相关的关键设备可能要求严格的无降级运行。

但是，对于车载OBC来说，重要的是能长期稳定可靠的运行。毕竟当前OBC的故障率相较于其他的“三电”产品而言，还是比较高的。 抗浪涌能力是必要要有的，但是未必一定要做到等级A。因为OBC在充电过程如果遇到浪涌的冲击，只要它能保护好自己不坏且能自动重启，其实完全就OK了。遇到浪涌短暂停机的时间是非常短的，这对整车和用户而言，根本没有任何的感知，所以也不会影响到用户的使用。

但是，一定要做到等级A，当然也是可以的。但是可能需要产品本身“硬抗”更多的应力（可能导致器件应力增加），或者需要更加复杂控制算法。这些都可能会导致产品长期故障率的提升。

举个简单是例子，就像一个人本身是可以背100斤的，平时一直都是背的70斤，但是突然一段时间要让背90斤；当然，在年轻的时候背90斤也没问题，到是等到年级大了，背70斤没问题，要让背90斤就的被压垮了。

作为电动汽车的开发人员，只有我们能深刻理解产品和用户的使用场景，才能提出合理的需求，并不是所有的要求都要是最高的。高要求当然是好的，但是高要求都会带来高成本，这与的价格与质量驱动的当前市场需求是严重不符的。

只有合理的要求，才能做到最优的性价比！

当然，其实还有一种情况，就是对产品本身的理解本身不够深刻，只能按最高要求来提，这样对提要求的人来说是比较保险的。或者就是提要求的人对产品的成本和PPM是不负责的，也是可以往高了提。 但这些都是不负责任的；也不利于产品的最优化设计。 当然最后都是需要公司和用户去买单的。

所以，对于车载OBC来说，浪涌没必要一定要做到等级A！ 只要不影响用户充电且能快速自动重启，同时又能降低PPM，这样的设计就是好的设计。

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