1.什么是负载突降？
在引擎运行过程中断开电池时，要由发电机向汽车的电力线提供电流，就会出现最糟糕的浪涌电压情况。这种情况就是“负载突降”，大多数汽车制造商和行业协会都为这种负载突降情况规定了一个最高的电压、线路电阻和持续时间，如图A-2所示。这种情况的两个著名的测试仿真是：用于14V传动系统的美国的ISO-7637-2 Pulse 5和日本的JASO A-1，以及用于27 V传动系统的JASO D-1。
此处为14V传动系统负载突降的TVS应用：
如图A-3所示，大功率TVS可用来防止易受攻击的电路受到电气过应力的影响，以确保高可靠性。至于初级保护，TVS可以吸收负突降条件下的高能量。
2.负载突降测试的规范和结果
表1是用于14 V传动系统的美国的ISO-7637-2 Pulse 5和日本的JASO A-1测试的仿真。两项测试的电压波形如图A-4a所示:
对ISO-7637-2测试条件来说，标准条件为65 V至87 V的VS范围，Ri（线路电阻）的范围为0.5 Ω至4Ω。一些汽车制造商为基于ISO-7637-2 Pulse 5的负载突降测试规定了不同的条件。负载突降TVS的峰值箝位电流是由以下公式A-1计算出来的：
负载突降状态的额定功率是由内阻表示的，由该公式得到了一个发电机的内阻，如公式A-1所示。
Ri=（10 X Unom X N act）/（0.8 X I rated X 12,000min-1）
Unom表示发电机的电压；N act表示发电机的实际速度，为分钟的倒数；I rated表示速度为6,000min-1
（如ISO8854中规定的那样）的发电机设定电流
公式A-1：峰值箝位电流的计算
以上公式适用于当前传统的小型旅行车使用的常见的发电机，其线路电阻为：60 A输出发电机的最小Ri为1.1 Ω，120 A输出发电机为0.6 Ω。
ISO 7637-2规定了负载突降情况下的浪涌条件为5-6-5 c）。
在5-6-5测试脉冲的5a和ISO-7637-2的5b中规定了“该脉冲是由峰值电压Us、箝位电压Us*、内阻Ri和脉冲持续时间td决定的；在所有情况下，低Us值与低Ri和td值有关，而高Us值与高Ri和td值有关。”
但是，Us、Ri和td没有明显的匹配。
汽车工程师们是在汽车制造商的标准下进行器件和电子单元的测试。
IPP=（Vin – Vc）/（Ri + Rd）
IPP：峰值箝位电流，Vin：输入电压，Vc：箝位电压，Ri：线路电阻，
Rd：TVS内阻（简单计算的零关系）
公式A-2：峰值箝位电流的计算
3.汽车电力线的次级保护
汽车系统中保护电路的初级目标是高电位浪涌电压，但是箝位电压仍然很高，如表A-1和B-1所示。次级保护对24 V传动系统尤为重要，如在卡车和货车当中。其主要原因是汽车应用中大多数稳压器和DC-DC转换器IC的最大输入电压是45 V至60 V。
在24V测试条件下，初级保护TVS的击穿电压如表B-1所示。这些将导致在稳压器、仪表总成集成电路和其他电子设备上出现高电压。
对于这类应用，推荐采用次级保护，如图B-1所示。
在电力线上增加电阻器R可以减少瞬态电流，有助于次级保护使用较小功率额定值的TVS。电子单元中微处理器和逻辑电路的电流要求是150 mA至300 mA，最小输出电压的12 V电池在–18℃条件下为7.2 V，而在相同条件下的24 V电池为14.4 V。
在上述条件下的24 V电池中，300 mA负载的电源电压在R = 20 Ω时为8.4 V；在最低电压为14.4 V的电池（–18℃时的24 V电池电压）条件下，R = 10 Ω时为11.4 V。
VL =（Vmin/（Vmin/IL））X（（Vmin/IL）-R）
VL：负载电压，Vmin：最小输入电压，IL：负载电流，R：电阻值，R的额定功率= I2R
这个电源电压要比大多数稳压器和DC-DC转换器IC的最小输入电压还高。
4.大型发电机和中型混合动力汽车的负载突降保护
一些发电机制造商发布了新一代汽车的大型发电机和集成式起动机/发电机（皮带传动发电机（belt alternator）系统或起动-停止系统。目前的传统发电机的输出是14 V，功率为60至120 A，而应用于汽车的采用改进技术的大功率大型发电机为14 V，220至300 A，这种汽车配备了电动助力便利系统，如电子制动系统、电动助力转向、信息、娱乐、驾驶辅助和其他功能。
用于中型混合动力系统的ISG（集成式起动机/发电机），轻型汽车为14 V，120 A，而在制动和停车期间没有燃料喷射时，空转引擎为42 V，60至80 A输出
对于14 V系统的大型发电机来说，由以下ISO7637-2和ISO-8854的公式1得出的220 A的发电机内阻为0.33 Ω，300 A型的内阻为0.24 Ω。
Ri=（10 X Unom X N act）/（0.8 X I rated X 12,000min-1）
Unom代表设定的发电机电压；N act代表发电机速度，为分钟的倒数；I rated代表速度为6,000min-1（如ISO8854中规定的那样）的发电机设定电流
公式1：峰值箝位电流的计算
在负载突降条件下，用户需要抑制35 V的浪涌电压，浪涌抑制器将处理比同样条件下的目前传统发电机更大的电流。
用于中型混合动力汽车的42 V ISG（ISA）
负载突降保护
在长期无视和仍在争论汽车采用42 V左右的系统的运行安全和稳定性的时候，最近一些中型混合动力汽车使用了42 V电源总线和发电机。42 V电源系统的基本概念是实现比12 V电源系统更高的功率效率和减轻汽车中电力线束的重量。这种新型42 V电源系统对半导体元件的影响在于比12 V系统需要高得多的绝缘强度。
为了满足75 V的最大齐纳箝位电压，一至两个串联的负载突降器件可以根据线路电阻把负载突降电压抑制在这个电压。峰值负载突降电压是由重载卡车应用的27 V系统演变而来的。ISO7637-2规定的42 V发电机的线路电阻是
70 A 3.1 Ω，110 A输出型则为2 Ω。单个SM8S43A或SM8S36A可以将3 Ω线路电阻条件下的174 V的负载突降电压抑制到55至60 V，而不出现故障。对于高输出的42 V发电机来说，在负载突降状态下内阻会降低而电流将增加，瞬态电压抑制器可以处理更大的电流。
图C-6是两个串联TVS的典型应用，图C-7是各种线路电阻和电压条件下两个串联的负载突降TVS的功率能力。
42 V电源网络的反向极性保护
12 V电源系统中的极性反向规范习惯上通常允许在25℃条件下1分钟以内为–2 V，而常用解决方案在汽车中每个电子单元的电源输入线上使用一个整流器，以降低电流损耗，如图C-9所示，这不适用于大电流应用。
极性保护二极管规范是由负载电流和输入电压确定的，通常使用400 V级别的标准恢复整流器，因为ISO 7637-2 test pulse 3a的–12 V电源系统为-150 V，而ISO 7637-2 pulse 1的24 V系统为-600 V整流器在改进的技术或中型混合动力汽车中采用了许多大电流应用，如停车时无喷射的发动机驱动引擎，以及作为电动助力转向和电子制动系统的液压动力控制，都要求大电流，而且中型混合动力汽车中的14 V电力线还需要DC-DC转换器模块。
大电流应用极性保护的一种解决方案是使用高正向电流能力的整流器，或者是在电力线中使用没有极性保护二极管的负载突降TVS，如图C-10所示。
这种应用的基本工作概念和局限性是；- 负载突降TVS旁路所有反向偏压电流；- 大电流时的正向压降应该低于2 V ；- 高正向浪涌能力可承受大电流，直至保险丝熔断,sm8s负载突降系列可以满足上述所有条件，第一个条件是整流器的基本功能，第二个条件是通过表1满足的。负载突降系列的正向压降在100 A电流条件下低于1.7 V。第三个条件取决于保险丝类型和额定值。
标准型汽车保险丝是快动作和不规定时间与电流关系的。一家典型快动作保险丝制造商规定，在600 %额定值时开路时间最小为30 ms，最大为100 ms。
用于汽车的典型20 A慢动作（slo-blo）型保险丝规定的120 A的开路时间为1秒，400 A时为10ms。
汽车中电力电缆或普通跳线启动（jump start）电缆中的电阻为每米0.01 Ω，而计算反向偏压的浪涌电流的通用规范在14 V条件下为0.035 Ω或0.050 Ω。8.3 ms热启动SM8S型为700 A正弦波。电路利用了20 A 慢动作型保险丝和反向偏压的36 V电池，冲流可以低于700 A峰值（36 V-VF）/0.05 Ω，而保险丝规范规定的慢动作保险丝的开路时间小于5 ms，SM8S可以旁路这个巨大的电流，而不会造成器件故障或损坏电子单元。
结论
汽车的新趋势是需要更多的电子控制和更多的电能，发电机也比过去更大。中型混合动力汽车中使用较大的发电机或集成式起动机/发电机，瞬变和浪涌能量的增加也比负载突降条件下的传统汽车更多，负载突降保护对汽车安全更加重要。
TVS选用指南
1、首先确定被保护电路的最大直流或连续工作电压，电路的额定标准电压和“高端”容限。
2、TVS的额定反向关断电压VWM应大于或等于被保护电路的最大工作电压，若选用的VWM太低，器件有可能进入雪崩状态或因反向漏电流太大影响电路的正常工作。
3、TVS的最大箝位电压VC应小于被保护电路的损坏电压。
4、TVS的最大峰值脉冲功率PW必须大于被保护电路内可能出现的峰值脉冲功率。
5、在确定了TVS的最大箝位电压后，其峰值脉冲电流应大于瞬态浪涌电流。
6、对于数据接口电路的保护，必须注意选取尽可能小的电容值C的TVS器件。
7、带A的TVS二极管比不带A的TVS二极管的离散性要好，在TVS二极管A前面加C的型号表示双向TVS二极管。
8、直流保护一般选用单向TVS二极管，交流保护一般选用双向TVS二极管，多路保护选用TVS阵列器件，大功率保护选用TVS专用保护模块。特殊情况，如：RS-485和RS-232保护可选用双向TVS二极管或TVS阵列。
9、TVS二极管可以在-55℃到+150℃之间工作，如果需要TVS在一个变化的温度下工作，由于其反向漏电流ID是随温度的增加而增大；功耗随TVS结温度增加而下降，故在选用TVS时应考虑温度变化对其特性的影响。
10、TVS二极管可以串/并应用，串行连接分电压，并行连接分电流。但考虑到TVS的离散性，使用时应尽可能的减少串/并数量。
二、注解
1、VWM—是TVS最大连续工作的直流或脉冲电压，当这个反向电压加于TVS两极时，它处于反向关断状态，流过它的电流小于或等于其最大反向漏电流ID。
2、VBR—是TVS最小的雪崩电压。25℃时，在这个电压之前，保护TVS是不导通的。当TVS 流过规定的1mA电流IR时，加于TVS两极间的电压为其最小击穿电压VBR。
3、IT—--测试电流。
4、ID—--反向漏电流。
5、VC—当持续时间为20us的脉冲峰值电流IPP流过TVS时，其两极间出现的最大峰值电压为VC。它是串联电阻和热温升两者电压上升的组合。
6、IPP—最大的峰值脉冲电流。
7、C----电容值（pF）。在收/发的总线接口电路里，选取电容值小的TVS器件尤为有利。