汽车电子模块的车规级试验：电气相关试验项目

作者 | 左成钢
本文节选自《广义车规级电子元器件可靠性设计与开发实践》第五章

电子模块为满足车载应用的要求，在开发过程中及量产前均需要进行 一些功能及性能的测试及试验，这些测试从器件到系统，涵盖了元器件、芯片、单元电路及零部件，在车型量产前还会对车辆进行路试，包括高低温、温湿度等试验。汽车行业经过上百年的发展，已经形成了成熟的针对整车及零部件的行业标准，各 OEM 也形成了自己的企业标准，各 Tier 1 同时也形成了自己对零部件的测试及验证方法等。

对 Tier 1 来讲，需要保证零部件按照 OEM 的试验标准进行开发并最终通过 DV 及 PV 测试；对 OEM 来讲，在各零部件满足相应零部件级试验标准的基础上，最终还需要保证整车满足相应整车级试验标准。

对一个具体的零部件来讲，OEM 通常重点关注的是产品的 DV 测试及PV 测试，而 Tier 1 除了需要保证最终的 DV、PV 测试结果外，还需要在开发过程中对产品进行各种单元级及系统级的软硬件功能、性能及参数的测 试，最后在产品量产时，还需要通过EOL 测试对产品进行下线前的 100% 功能检测，以保证产品质量的一致性及高可靠性。

对汽车电子零部件来讲，电气类试验项目的数量是最多的，每个试验都有其相应的试验目的。表 5-8 为电气类试验项目举例（参考 GB/T 28046.2— 2019）。

表 5-8 电气类试验项目举例（12V 系统）

1. 供电电压范围

按照 GB/T 28046.2—2019 的规定，车辆的供电电压范围见表 5-9。具体代码根据客户要求，12V 系统通常为 C，24V 系统为 F。

表 5-9   车辆的供电电压范围

2. 过电压

按照 GB/T 28046.2—2019 的规定，过电压试验分两种情况：

1） 为了模拟发电机调节器失效引起的发电机输出电压上升到高于正常电压， 在 Tmax-20℃下施加 18V（24V 系统为 36V） 电压并保持 60min。在试验过程中， DUT 的功能状态等级至少应达到 C 级，必要时可要求达到更严酷的 A 级。

2） 针对 12V 系统，模拟辅助起动时向 DUT 输入的过高电压（即跳线启动） 在室温下施加 24V 的电压并保持（60±6）s。在试验过程中，DUT 的功能状态等级至少应达到 D 级，必要时可要求达到更严酷的 B 级。

3.  叠加交流电压

此试验是为了模拟直流供电下出现的纹波电压，按照 GB/T 28046.2—2019 的规定，叠加的交流正弦电压如图 5-5 所示。在试验过程中，DUT 的功能状态等级应达到 A 级。

图 5-5   叠加的交流正弦电压

4.  供电电压缓升和缓降

此试验是为了模拟蓄电池逐渐放电和充电时的电压变化。按照 GB/T 28046.2—2019 的规定，试验时对 DUT 有效输入端同时进行以下试验：以（0.5±0.1）V/min 的线性变化率或以不大于 25mV 的步长，将供电电压由USmin 降到 0V，然后从 0V 升到 USmin。

在试验过程中，DUT 的功能状态等级至少应达到 D 级，必要时可要求达到更严酷的 C 级。

关于蓄电池充放电特性及蓄电池电压在 4.2.1 节及 4.3 节有详细描述。

5.  供电电压瞬时下降

此试验是为了模拟其他电路内的常规熔断器熔断时引起的电压瞬时下 降。按照 GB/T 28046.2—2019 的规定，测试电压波形如图 5-6 所示。

在试验过程中，DUT 的功能状态至少应达到 B 级，是否允许复位可根据客户要求。

负载的供电电压瞬时下降对负载的正常功能可能造成严重影响，这部分内容在 4.4.5 节有详细描述。

图 5-6   测试电压波形

6.  复位特性

此试验是为了检验 DUT 在不同的电压骤降下的复位性能，适用于具有复位功能的设备（如装有一个或多个 MCU 的设备）。按照 GB/T 28046.2— 2019 的规定，测试时按图 5-7 对 DUT 有效输入端同时施加试验脉冲电压， 检查 DUT 的复位性能。

图 5-7   复位试验供电电压

图 5-7 中，供电电压以 5% 步长从最低电压 USmin 降到 0.95USmin，保持5s 后再上升到 USmin，至少保持 10s，并进行功能试验。然后将电压降低到0.9USmin 等。按图 5-7 以 USmin 的 5% 梯度继续进行直到降到 0V，然后再将电压升到 USmin。在试验过程中，DUT 的功能状态应达到 C 级。

7.  启动特性

此试验的目的是为了检验 DUT 在车辆启动时的性能。依据 GB/T 28046.2—2019 的规定，按图 5-8 及表 5-10 给出的特性参数，将电压施加到DUT 的有效输入端，共进行 10 次，每个循环之间间隔 1~2s。

图 5-8   启动电压曲线

UB—蓄电池供电时的试验电压，（V）   Us—供电电压（V）   US6—t6 时的供电电压（V）  t6、t8—相应状态的持续时间（ms）

表 5-10   启动电压系统参数及等级

在车辆启动期间工作的有关 DUT 的功能状态应达到 A 级，其他功能按表 5-10 确定。

车辆的启动波形（通常所说的 Starting Profile）在 4.3.1 节蓄电池低电压部分有过描述。对传统燃油车来讲，发动机启动过程中带来的蓄电池的瞬态低电压及电压抖动会影响某些对低电压状态较敏感的设备及电子器件，如瞬态低电压会导致智能高边芯片自动进入欠电压关断状态，也可能导致 MCU 欠电压复位。为了尽量降低发动机启动对系统电压的影响，设计中通常采用三种方式：一是在启动过程中将重要等级较低的大功率负载（IGN2 负载） 暂时切断，以降低蓄电池输出电流；二是在电子电气设备前端设计储能电 容，稳定系统电压；三是选用电压范围更宽的电子元器件。

8.  抛负载

此试验的目的是为了检验 DUT 在车辆发生抛负载时的抗干扰性能。按照 GB/T 28046.2—2019 的规定，抛负载波形模拟了发生抛负载现象时产生的瞬态，即在断开电池的同时，交流发电机正在产生充电电流，而其电路上仍有其他负载时产生的瞬态。

在抛负载过程中，DUT 的功能状态等级应达到 C 级。

根据现行标准，抛负载脉冲试验被放在了 ISO 16750-2：2012（对应 GB/T 21437.2—2021） 中，5a 变成了试验脉冲 A（Pluse A），无集中抛负载抑制，5b 变成了试验脉冲 B（Pluse B），具有集中抛负载抑制。关于抛负载的成因、抛负载波形的特性及对系统的影响在 4.3.2 节有详细描述。

9.  反向电压

此试验的目的是为了模拟车辆辅助启动 / 跳线启动时对蓄电池的反向连接。根据 GB/T 28046.2—2019 的规定，测试电压及时间见表 5-11。

表 5-11 反向电压测试电压及时间

恢复正常连接后，DUT 的功能状态应达到 A 级。

另外，在 4.3.3 节对系统产生反向电压的原因及对系统的影响有详细描述。

10.  参考接地和供电偏移

此试验的目的是为了检验在 DUT 存在两条或多条供电线路时组件的可靠性，如对电源接地与信号接地的参考点不一致的组件就需要进行此试验。根据 GB/T 28046.2—2019 的规定，所有 DUT 的偏移电压被定义为（1±0.1）V。试验过程中 DUT 的功能状态应达到 A 级。

地漂移的成因及对系统的影响可参考 4.1.3 节内容。

具体的偏移电压及测试方法可能根据不同的 OEM 要求会有所不同，如根据福特的 FMC1278 试验标准，地漂移被放到了抗干扰测试中，测试项目的编号为 CI 250。标准要求地漂移的电压为正弦波，频率范围为 2~100kHz， 电压脉冲的幅值最高可达 ±5V。福特 CI 250 试验标准要求（部分） 如图 5-9 所示（原标准为英文，为便于理解，翻译为中文）。

11.  开路特性

开路测试分为单线断开和多线断开两种，此试验的目的是为了检验 DUT 在一条或多条线路突然断路情况下的性能。根据 GB/T 28046.2—2019 的规定，断开时间为（10±1）s，开路阻抗大于或等于 10MΩ。

图 5-9 福特 CI 250 试验标准要求（部分）

测试方法是断开 DUT 系统接口的一条或多条线路，然后恢复连接，观察 DUT 在断路期间和断路后的状态。试验需要对系统接口的每条线路分别重复进行测试，如果是有多个连接器的 DUT，应对每一种可能的连接分别进行测试。试验过程中 DUT 的功能状态应达到 C 级。

12.  短路特性

此试验的目的是为了检验 DUT 在输入或输出端发生短路时的性能。按照 GB/T 28046.2—2019 的规定，DUT 的所有有效输入和输出端应分别依次连接到系统最高电压 USmax 及地，信号线持续时间为（60±6）s，负载电路持续时间根据客户要求，其他输入和输出端保持开路或根据客户要求。

试验要求：

1） 所有信号线功能等级达到 C 级。

2） 所有电子保护输出端应确保能承受短路电流且在切断短路电流后能恢复到正常工作（最低达到 C 级）。