汽车电子产品静态电流影响因素

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摘要：以汽车电子产品开发过程中典型的交变湿热测试为试验条件，通过一种监控汽车电子产品静态电流的试验系统，经过多种试验方案设计和验证，研究了影响汽车电子产品静态电流的一些主要因素。结果显示PCBA的洁净度和物料的品质是影响汽车电子产品静态电流的关键因素。研究结论为今后有效控制和优化汽车电子产品静态电流提供了参考。

关键词：汽车电子产品；静态电流；监控系统；影响因素

1前言

随着现代电子技术的不断发展，汽车电子技术开始与汽车智能技术、汽车电子安全技术、新能源动力技术等新兴技术相融合。汽车已逐步从传统的出行工具向集低碳、信息、智能、安全和高效为一体的方向发展，未来的汽车是人们生活中离不开的伙伴［1］。在整车的研发过程中，主机厂通常将汽车电子的各个部件分包给多家供应商进行同步开发和设计。受到产品验证的成本压力、产品量产的时间限制等因素的影响，当产品静态电流不稳定时，供应商往往会通过获取偏差认可的途径，忽略了对静态电流的有效控制，导致整车在实际使用过程中因静态电流变化而引起车辆耗电增加，影响了产品的可靠性和用户体验感。因此在汽车电子产品应用比例不断提高，整车静态电流逐渐增大的背景下，出现了很多关于整车静态电流的研究。王洪雨等［2］提出了一种针对整车级的车辆静态电流测试方法，同时开发了一套整车静态电流测试系统。单新平等［3］基于智能网联汽车，介绍了如何通过系统性改进的方法来降低接KL30常电控制器模块的静态电流的控制方法。鲜少有人通过汽车电子产品本身出发对影响静态电流的因素进行研究。因此，研究影响汽车电子产品静态电流的因素有重要的意义。本文以汽车电子产品开发过程中典型的交变湿热（Dampheat，cyclic，K-08）测试为例进行阐述，通过一种监控汽车电子产品静态电流的试验系统，经过多种试验方案设计和验证，研究了影响汽车电子产品静态电流的一些主要因素，为今后有效控制和优化汽车电子产品静态电流提供方向。

2试验方法

交变湿热测试通过车辆运行期间高湿度的循环温度变化来模拟部件上的热负荷，目的是验证暴露于湿热时部件的功能性状［4-5］。测试过程中按照标准DINEN60068-2-30所述方法控制温度箱的温湿度，进行6个循环试验，并且每个循环的降温过程按照方法1进行控制，同时在每24h周期循环内的5h20min和17h，对被测器件（DevicesUnderTest，DUT）进行功能检查，此时DUT处于唤醒状态，即表现为唤醒电流，电流上升属于正常现象，其他时间段DUT均处于睡眠阶段，即表现为静态电流，要求目标值小于0.1mA［4-7］。

3试验监控系统设计

DUT、电流采集系统和直流电源通过串联的方式进行连接。试验监控系统以电脑为中枢，实现各个软件的相互联动。测试软件的用途说明见表1。整个试验监控系统依托实验室网关进行数据传输与交换，最终实现每当达到目标的温湿度，就进行相对应的电压变换，同时对DUT进行功能操作并记录温箱的温湿度，DUT的功能情况和电流消耗情况，最后在电脑上形成相应的记录文件，便于后续进一步分析。试验监控系统如图1所示。

4静态电流波动的现象

产品A和产品B在K-08试验过程中的电流消耗情况如图2所示。以一个循环试验24h为例，在图2中产品A的电流曲线上用P标记的两个波峰代表DUT被唤醒检查功能的状态，在其他时间段理论上DUT均处于睡眠状态。将除P点以外的DUT电流消耗情况称为静态电流。从电流曲线中可以看到，产品A的静态电流短时间在10mA左右，偶尔接近70mA，长时间在0.1~1mA之间波动。产品B的静态电流时不时在0.1~1mA之间变化，偶尔达到10mA左右。静态电流不稳定与异常地波动影响了产品的可靠性、使用寿命和用户体验感。

5影响静态电流波动的原因分析

项目团队组织相关人员，从项目开发过程中的人、机、料、法等方面对影响静态电流波动的因素进行了原因分析，形成的部分鱼骨图见图3。

6试验方案设计与验证

通过上述的原因分析，本文以产品A和产品B为例，对影响汽车电子产品静态电流波动的因素进行了分析与研究。为了尽可能地减少试验过程中的其他因素对试验结果的影响，试验方案实施的过程控制如表2所示。试验说明与备注：a.温度和湿度处于同一个坐标轴，如图2所示，蓝色曲线代表湿度，红色曲线代表温度。b.为了更加直观和形象地阐明问题，本文将部分不同时间段的试验结果进行了整合。c.本文对DUT编号做了简化处理，同时进行了连续编号，部分方案的验证，DUT数量远超过六个。

6.1产品A的验证分析

6.1.1实验设备的影响。将相同批次的产品随机分成两组，分别使用1号温箱和2号温箱进行试验。从图4中的电流曲线可以看到，通过使用不同的实验设备对相同的产品进行K-08试验，得到的电流消耗曲线基本一致。因此使用不同实验设备对产品静态电流波动的影响可以忽略。6.1.2PCBA洁净度的影响。硬件工程师从10个PCBA中，目视挑选最干净的6个，并依次将其编号为001~006。对其中编号为004~006的三个PCBA使用专用的清洗剂进行手动清洗。上述样件经过生产线装配成为总成零件进行验证分析，试验结果见图5。与图2中产品A的静态电流进行比较，DUT_001略微好转，DUT_004明显好转，DUT_006的静态电流在0.04mA左右，远低于标准要求。所以PCBA的洁净度是影响产品A静态电流的一个关键因素。

6.2产品B的验证分析

6.2.1PCBA中离子浓度的影响。在研究PCBA中离子浓度对产品静态电流的影响过程中，使用的三种试验方案如下：DUT_008为手动清洗PCBA的样件；DUT_013为通过表面贴装技术（Sur⁃faceMountTechnology，SMT）的工艺改进并手动清洗PC⁃BA的样件；DUT_024为使用离子浓度合格的PCB且通过第三方清洗PCBA的样件。通过上述三种方案的逐步验证，得到的试验结果见图6。与图2中的产品B进行比较，静态电流波动的峰值从10mA左右降低到0.5mA左右，但静态电流在0.1mA到1mA之间波动的现象仍然存在。所以PCBA中离子浓度的含量不是造成产品B静态电流波动的根本原因。6.2.2产品设计的影响通过两个方面研究了产品的不同设计对静态电流的影响：DUT_027为产品结构改进的样件；DUT_031为产品结构改进且优化了某元器件的样件。上述试验方案的验证结果见图7。与图2中的产品B进行比较，静态电流波动的峰值降低了，但仍然在0.1~1mA之间波动。所以产品设计不是影响产品B静态电流波动的根本原因。6.2.3物料品质的影响。在研究物料品质对产品静态电流影响的过程中，项目团队通过讨论分析和数据比对，对某物料的供应商提出了方案a和方案b的两种改进措施。DUT_037为使用了方案a的样件，DUT_043为使用了方案b的样件。上述试验的验证结果见图8，与图2中的产品B进行比较，DUT_037静态电流波动的峰值降低了，但仍然在0.1~1mA之间波动。DUT_043的静态电流稳定在0.04mA左右，远低于标准要求。所以某物料的品质是影响产品B静态电流波动的根本原因。

7试验结论

通过上述多种试验方案的分析与验证，将影响产品A和产品B静态电流的试验结果汇总至表3。结果显示：使用不同的满足标准要求的实验设备通常不会对产品静态电流产生影响，这方面可以忽略；确保PCBA的洁净度和控制物料的品质是影响汽车电子产品静态电流的关键因素。

8结语

汽车电子产品的静态电流的稳定性理论上是由硬件设计、软件设计和结构设计的合理性与匹配性共同决定的。但在产品的开发过程中，零部件质量、复杂的工艺流程等外在因素均会影响静态电流的稳定性。当出现静态电流波动时，首先需要确保实验设备的性能能够满足标准的要求并且试验条件受控，其次确保SMT工艺的稳定性并监控PCBA的离子浓度，以保证成品零件的洁净度。当然，有时候需要根据产品的特性，比如从物料品质的角度入手。本次研究结论能为今后有效控制和优化汽车电子产品静态电流提供参考。

作者:林摇杰 单位:宁波普瑞均胜汽车电子有限公司