李小龍,楊邵武

（惠州市德賽西威汽車電子有限公司，516006）

1 空調控制面板介紹

傳統(tǒng)的轎車中控空調控制面板,分為手動控制器,電動控制器,和全自動控制器。手動控制器一般裝配于低端車,或者某車型的低配置版本,它與電動控制器的最大區(qū)別在于出風風門是用機械軟拉鎖做成的,因為少了電動執(zhí)行機構,甚至有的產(chǎn)品都不需要微處理器,鼓風機風速也是由調速電阻手動調節(jié),所以成本相對較低,常見于出租車等；電動控制器將冷熱風門,模式風門采用執(zhí)行電機來驅動,風速改為調速模塊驅動,已經(jīng)具備了自動空調的基礎；自動空調在電動空調的基礎上增加了一系列傳感器,比如水箱溫度,環(huán)境溫度,車內(nèi)溫度,陽光強度,以及車內(nèi)空氣質量等, 自動空調根據(jù)自動算法,通過采集外界環(huán)境變化，以及乘駕人員的不同需求，自動調節(jié)出風溫度、風速、吹風方向等，達到一個舒適的乘駕環(huán)境。一般自動空調控制器都有一個相應的顯示屏,自動空調還可分為單區(qū), 雙區(qū)和多區(qū),本文主要探討的單區(qū)自動空調的ESD案例。

單區(qū)自動空調一般由幾大部分組成,微控制器模塊,電源模塊,sensor輸入電路,按鍵/旋鈕采集電路,電機驅動電路,鼓風機控制電路,燈光控制電路,總線驅動電路,以及顯示驅動電路等。

微控制器模塊∶可根據(jù)需要選用8位,16位,32位單片機作為主控芯片,一般集成數(shù)模轉換,外部中斷,普通I/O,定時器輸出,以及CAN/LIN總線控制器,采用5V供電。

電源模塊∶將車上的蓄電池12V電源轉換為5V,給MCU等芯片供電,由于車上電氣環(huán)境惡劣,電池電壓波動范圍大,本案例選用的電源芯片只要輸入在5.5～45V都可以穩(wěn)定輸出5V直流電壓。

Sensor輸入電路∶給外部傳感器提供電壓和上拉電阻，隨著溫度變化，負溫度系數(shù)的傳感器阻值發(fā)生變化，通過檢測分壓值就可以推算出此時的溫度；該信號通過連接器直接與空調系統(tǒng)相連。

按鍵/旋鈕采集電路：通過按鍵選擇功能，通過旋鈕調節(jié)溫度和風量；該模塊是人機交互的接口。

電機驅動電路：將MCU發(fā)出的5V正轉反轉控制信號轉化為12V的大電流信號，驅動溫度/吹風方向等執(zhí)行電機運轉。

鼓風機控制電路：能根據(jù)用戶選擇驅動鼓風機以合適的速度運轉，自動模式下，風速可以通過MCU輸出0～100%PWM無極調節(jié)。

燈光控制電路：控制按鍵背光燈，功能指示燈的開和關。

總線驅動電路：通過MCU內(nèi)部集成的總線控制器，配合總線收發(fā)器，實現(xiàn)與整車的總線通信。

2 VW ESD零部件層面測試大綱介紹

VW電氣零部件的ESD要求分兩個方面：

2.1 Assembly層面

（1）不通電對連接器所有引腳放電；

采用接觸放電方式，對連接器的所有電源和信號引腳，從±2K，±4K，±6直接放電，每個PIN放電3次，采用阻容網(wǎng)絡330Ω，150pF；

只要人手能接觸的地方都要打，該方法模擬的是，生產(chǎn)線組裝時人手會觸碰，以及接插件插上瞬間，與其他帶電部件可能產(chǎn)生的靜電放電。

（2）不通電對外殼金屬和塑膠件放電

a.對塑膠件采用空氣放電，每個點放10次，±4K，±8K，±15K，阻容網(wǎng)絡采用330Ω，150pF，需要對按鍵的縫隙，顯示屏等一切裸露在外的部件進行放電；

b.對表面金屬件放電，分別用±4K，±8K接觸放電和±15K空氣放電，阻容網(wǎng)絡330Ω，150pF；比如后蓋的金屬螺絲。

2.2 System 層面

（1）對耦合板放電（又叫間接放電）：

通過將待測機器放置在耦合板上，線束拉直緊貼耦合板，通電正常工作，靜電槍分別用±4K，±8K，±15K接觸耦合板的不同位置放電，觀察機器的所有功能和顯示是否正常，阻容網(wǎng)絡330Ω，330pF。

（2）對面板放電：

測試搭建方法和上面一致，放電位置改為待測面板表面，通電正常工作，對機器的顯示屏，按鍵，縫隙，電鍍條等裝車可操作的區(qū)域進行放電，每個點放10次，±4K，±8K，±15K，阻容網(wǎng)絡為330Ω，330pF。

3 ESD常見故障現(xiàn)象解析

3.1 Assembly 層面

（1）pin腳放電：所有連接器上的輸入輸出信號都要考慮靜電要求。

a.Sensor接口，由于該信號直接輸入到MCU ADC模塊，如果不做ESD防護，MCU有被打壞的風險，表現(xiàn)為MCU 引腳對地短路，或者MCU不工作。防護措施需要在該信號線上加π型濾波網(wǎng)絡，電容要靠近連接器放置，電阻可選47K，另外一端電容要靠近MCU端口放置；

b.電機驅動引腳：若電機驅動芯片某引腳被ESD損壞，電機將不能正常運轉，一般芯片在選型時，要選擇抗ESD能力高的芯片，要查看芯片內(nèi)部電路，正的和負的ESD都應該有放電回路。芯片的控制端一端采用內(nèi)部穩(wěn)壓管防靜電，采用MOS工藝的驅動輸出端采用體二極管形成放電回路，電路設計上還可以外接10nf陶瓷電容用于靜電防護，并靠近連接器放置；

c.總線驅動電路：總線收發(fā)器一般車廠有指定，比如指定NXP的TJA1055作為低速CAN收發(fā)器，同時還會指定該收發(fā)器的外圍ESD防護器件，比如常用的ON的MMBZ27VCLT1，靠近連接器放置即可，CANH/CANL要對稱放，只要型號沒用錯，車規(guī)的ESD都是可以通過的，如果型號選的不對，這個靜電防護管會被擊穿短路，導致總線不能正常通信；

d.其他信號：在不影響信號傳輸質量的情況下，可以再信號線上串聯(lián)1K電阻，用于防護靜電，以及可能存在的對電源/對地短路的風險。

（2）不通電打金屬和塑膠件

在設計前期要充分考慮ESD風險，特別是機械工程師，如果從結構上避免了ESD的進入，或者設計有足夠大的爬電距離，ESD問題將會少很多，幾點建議：

a.顯示屏比較脆弱，很容易受到靜電干擾，容易引起字段缺畫，甚至顯示驅動芯片損壞，結構設計時需要增加lens，并且在LCD周邊增加鐵框用于將靜電導到主地，ESD要求高的產(chǎn)品，建議采用雙射注塑；

b.由于VW要求ESD直接放在大銅板上進行，所以盡量不要把PCB露出表面，應該用塑膠殼包裹，并設計有凹槽用于增加爬電距離；

c.對應螺絲柱，如果組裝后要外露在表面，則在PCB 布線時應該使銅皮與螺絲保留安全距離，即使螺絲上收到ESD干擾時，也無法傳導PCB上影響內(nèi)部器件；

d.可以將螺絲不要放在邊緣，如果放在中間點的位置的話，可以增加后蓋的塑膠厚度，使得人手無法直接接觸到螺絲，能大大降低ESD風險；

3.2 System 層面

間接放電因為沒有直接對著線束和面板放電，一般出問題比較少；主要出問題的表現(xiàn)在System層面的對面板放電：

a.如果按鍵縫隙較大，在對縫隙或按鍵放電時，可能會出現(xiàn)按鍵誤操作，一般加大按鍵的去抖電容即可，并且要檢查該電容的位置要靠近MCU放置；

b.可能會出現(xiàn)機器重啟，一般檢查reset信號線，若是正電導致重啟的話，需要在reset線上加穩(wěn)壓管；如果是負電引起重啟的話，需要加大reset線上的電容，靠近MCU放置，并增加上拉電阻；并且需要檢查reset走線的路徑，如果該線剛好穿過ESD敏感區(qū)，如電鍍條附近，就應該果斷移開線路；

c.如果旋鈕在ESD時誤操作，需要檢查旋鈕信號線上的電容大小和布局是否合適，上拉電阻是否合適，調節(jié)上拉電阻阻值，可以提升抗干擾能力；

d.如果顯示屏在ESD時出現(xiàn)缺畫等現(xiàn)象，需要判斷是顯示屏壞了還是驅動芯片損壞，如果是顯示屏壞，可以要求屏的供應商去改善，如果是驅動芯片壞，則需要在電路設計上去優(yōu)化。

4 總結

ESD問題最好在設計前期就加以考慮，機械工程師設計時，最好能將外殼設計的相對密閉，阻擋ESD進入到PCB；如果不可避免的有ESD進入，電子工程師在布板時可以采取措施將ESD導入到大地，或者通過增加電阻，電容，靜電管等器件來提升產(chǎn)品的抗ESD干擾能力。

VW發(fā)布的ESD標準TL82466-2009