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在上一篇推文中，我們了解了電磁兼容的相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí),。 高壓電磁兼容性設(shè)計(jì) 專場(chǎng)一 對(duì)于如何根據(jù)高壓電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電磁干擾特性,，提供有針對(duì)性的改善或解決措施，則是本文的主要內(nèi)容,。 EMC設(shè)計(jì)三要素&有源器件的選型 理論與實(shí)踐證明,，任何電磁干擾的發(fā)生必須具備3 個(gè)條件: 干擾源,、傳播干擾的途徑和易敏感設(shè)備。 干擾源,、傳播途徑和敏感體是電磁干擾的三要素,，缺一不可。
作為電動(dòng)汽車的零部件應(yīng)從兩個(gè)方面盡可能優(yōu)化：一是盡量降低騷擾強(qiáng)度,；二是盡可能地提高抗騷擾能力。 為了增強(qiáng)抗擾度并抑制騷擾,，高壓部件應(yīng)從電磁敏感度,、電磁騷擾發(fā)射、芯片封裝和電源電壓等四個(gè)方面優(yōu)選有源器件,； 由于噪聲電流和瞬態(tài)負(fù)載電流是傳導(dǎo)騷擾和輻射騷擾的初始源,，為實(shí)現(xiàn)電源的完整性，高壓部件PCB應(yīng)優(yōu)選多層板,，盡可能減小引線電感,； 減小門電路驅(qū)動(dòng)線對(duì)地分布電容和驅(qū)動(dòng)門輸入電容，以及安裝本地去耦電容和整體去耦電容等措施,，都是有源器件能夠增強(qiáng)抗擾度的有效措施,。 電磁兼容設(shè)計(jì)及具體方法 在進(jìn)行電磁兼容設(shè)計(jì)時(shí)要求： ①明確系統(tǒng)的電磁兼容指標(biāo)。電磁兼容設(shè)計(jì)包括本系統(tǒng)能保持正常工作的電磁干擾環(huán)境和本系統(tǒng)干擾其它系統(tǒng)的允許指標(biāo),。 ②在了解本系統(tǒng)干擾源,、被干擾對(duì)象、干擾途徑的基礎(chǔ)上,，通過理論分析將這些指標(biāo)逐級(jí)分配到各分系統(tǒng),、子系統(tǒng)、電路和元件,、器件上,。 ③根據(jù)實(shí)際情況，采取相應(yīng)措施抑制干擾源,，消除干擾途徑,，提高電路的抗干擾能力。 ④通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證是否達(dá)到了原定的指標(biāo)要求，如未達(dá)到則進(jìn)一步采取措施,，循環(huán)多次,，直至達(dá)到原定指標(biāo)為止。 具體到實(shí)際設(shè)計(jì)中,，一般需要進(jìn)行接地設(shè)計(jì),，屏蔽設(shè)計(jì)和濾波設(shè)計(jì)三種方法。 A. 接地設(shè)計(jì) 在設(shè)計(jì)高壓系統(tǒng)前期,，需要分析高壓系統(tǒng)內(nèi)各類部件的騷擾特性,、敏感特性、各電路的工作電平,、信號(hào)種類和電源電壓,；將地線分類、劃組,；畫出系統(tǒng)布局和系統(tǒng)地線網(wǎng),。 在1MHz以下低頻電路部分采用單點(diǎn)接地，10MHz以上高頻部分采用多點(diǎn)接地,； 電源地線都接到電源總地線上，信號(hào)地都接到信號(hào)總地線上,，兩根總地線最后匯總到一個(gè)公共入地點(diǎn)搭車體連接,； 信號(hào)源接地時(shí)，屏蔽層須在信號(hào)側(cè)接地,； 采用信號(hào)隔離變壓器,、平衡變壓器、光耦合器和差動(dòng)放大器實(shí)現(xiàn)對(duì)地環(huán)路的隔離,； B. 屏蔽設(shè)計(jì) 屏蔽是在兩個(gè)區(qū)域之間建立電磁屏障保護(hù)系統(tǒng)中的電路不受電磁環(huán)境損壞的最直接方法,。可采取兩種屏蔽方式：其一,，主動(dòng)屏蔽,；其二，被動(dòng)屏蔽,。 屏蔽所使用的材料包括：銅,、鋁和鎂等良導(dǎo)電材料(用于高頻電場(chǎng)屏蔽)和鐵和鎳鐵高導(dǎo)磁合金(用于低頻磁場(chǎng)屏蔽)。 C. 濾波設(shè)計(jì) 屏蔽主要是為了解決輻射干擾,，而濾波則主要是解決通過傳導(dǎo)途徑造成的干擾,。 完成濾波作用的部件稱為濾波器。濾波器主要抑制通過電路通路直接進(jìn)入的干擾,，它是應(yīng)用最普遍的抗干擾方法,。 根據(jù)信號(hào)與干擾信號(hào)之間的頻率差別，可以采用不同性能的濾波器，抑制干擾信號(hào),，提高信噪比,。 雖然高壓線束是無源器件，但整個(gè)高壓交流系統(tǒng)具有較強(qiáng)的電磁干擾性,，而線束零件作為從電源,、電器設(shè)備、地(即車身)之間的連接通路,，正是整車電磁干擾的“重要傳播途徑”,。 同時(shí)，低壓線束,，尤其是低壓通信線束,，也是受電磁干擾影響較大的零件之一。 地電流造成的干擾 受成本和裝配限制,，車身上可供接地的點(diǎn)是有限的,。因此，多個(gè)設(shè)備通過同一個(gè)接地點(diǎn)與車身接地是不可避免的,。 另外,，設(shè)備的接地線也受制于成本、重量,、線束安裝等諸多考量,，只能在合理范圍內(nèi)選擇合適的導(dǎo)線線徑，存在一定阻抗,。 換句話說,，電器件到蓄電池負(fù)極的接地路徑電阻不是零，這就導(dǎo)致整個(gè)回路上存在著不均衡電流,，并互相影響,。 汽車電子設(shè)備的接地方式一般為單點(diǎn)接地和多點(diǎn)接地的混合形式。  汽車電子設(shè)備接地方式示例 以設(shè)備1和設(shè)備2為例,，A,、B、C點(diǎn)電位分別為  由于地電位不為零,，流過設(shè)備1的電流對(duì)設(shè)備2的地電位造成了影響,，進(jìn)而影響設(shè)備2的電壓，同理,，流過設(shè)備2 的電流也會(huì)對(duì)設(shè)備1造成影響,。如果設(shè)備1或設(shè)備2的接地線過長、線徑不夠粗,，那么地電位的影響會(huì)更大,。 導(dǎo)線間的串?dāng)_ 線束由若干導(dǎo)線捆扎而成,，每個(gè)回路上流過的電流特性各不相同，導(dǎo)線之間不可避免地存在串?dāng)_,，并且向周圍環(huán)境輻射電磁波,，對(duì)車內(nèi)或車外的電子設(shè)備造成干擾。線束如果自身防護(hù)做的不好,，就會(huì)直接暴露在電磁干擾的環(huán)境下,。 線束雖然不能脫離電子設(shè)備而獨(dú)自實(shí)現(xiàn)某種功能，但線束自身受到的電磁干擾會(huì)直接影響到與其連接的電子設(shè)備,。尤其是當(dāng)電子設(shè)備對(duì)微弱信號(hào)較為敏感時(shí),，這種影響可能會(huì)直接導(dǎo)致控制器誤判而下達(dá)錯(cuò)誤的指令，造成功能性故障,。 導(dǎo)線之間的串?dāng)_分為電容性耦合和電感性耦合兩種形式,。平行布置的導(dǎo)線之間的電容和互感在某些頻段下不能被忽略，導(dǎo)致捆扎在一起的導(dǎo)線之間產(chǎn)生電磁干擾,。  電容性耦合和電感性耦合 線束零件EMC設(shè)計(jì) 零部件電磁兼容性是整車電磁兼容性的基礎(chǔ)和前提,，用于新能源車上的零部件應(yīng)滿足零部件電磁兼容性要求。 整車范圍內(nèi)首先保證零部件的EMC性能是符合標(biāo)準(zhǔn)要求,。新能源汽車整車級(jí)屏蔽設(shè)計(jì)的重點(diǎn)應(yīng)是高壓系統(tǒng)的布局,、屏蔽設(shè)計(jì)以及CAN通信網(wǎng)絡(luò)的抗干擾性處理。所以,，在改善EMC的性能上我們應(yīng)該這么做：
但實(shí)際上,，整車電磁兼容測(cè)試往往出現(xiàn)這樣一種情況，單獨(dú)對(duì)某個(gè)電子設(shè)備進(jìn)行電磁兼容測(cè)試合格,，但將其放進(jìn)整車時(shí)卻無法通過測(cè)試，這往往跟線束有很大的關(guān)系,。 基于以上原因,，線束零件電磁兼容設(shè)計(jì)的重要性不言而喻。 線束EMC設(shè)計(jì)包括電源設(shè)計(jì),、搭鐵設(shè)計(jì),、布置設(shè)計(jì)和導(dǎo)線選型四個(gè)方面。 電源設(shè)計(jì)&接地設(shè)計(jì) 電源供電 由于很多電磁干擾都是通過電源耦合到電子設(shè)備中的,，所以在系統(tǒng)供電上做專門的電磁兼容性設(shè)計(jì),。增加有效的變壓、穩(wěn)壓,、濾波電路,，使用高效率的開關(guān)電源芯片和穩(wěn)壓濾波效果很好的低壓差線性電源芯片為系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的電源。 對(duì)于電源波動(dòng)敏感的傳感器類電器件,，不能與電壓波動(dòng)大的電器件共用電源,。  圖 202 點(diǎn)火線圈與傳感器的電源須分開 a. 對(duì)電源要求特別高的傳感器和執(zhí)行器,，不應(yīng)直接從電源取電，應(yīng)將電源提供給控制單元,，經(jīng)過控制單元處理后再供給傳感器和執(zhí)行器,，從而保證其電壓穩(wěn)定可靠。 b. 和車輛主動(dòng)安全及被動(dòng)安全相關(guān)的電氣設(shè)備(例如ESP等),，大功率設(shè)備(例如空調(diào)),，這些電氣回路上須采用獨(dú)立保險(xiǎn)絲，不應(yīng)與其他電器件共用電器件,。 接地設(shè)計(jì) 使用去耦電容：每個(gè)集成電路的電源,，地之間都加一個(gè)去耦電容。 去耦電容有兩個(gè)作用：一方面是本集成電路的蓄能電容,，提供和吸收該集成電路開門關(guān)門瞬間的充放電能,；另一方面旁路掉該器件的高頻噪聲。 地線分隔：采用4層電路板設(shè)計(jì)以減小電源,，地的寄生電感,，有效增強(qiáng)系統(tǒng)的EMC性能。單獨(dú)的電源層和地層可以有效防止器件之間通過地線和電源的相互耦合,，另外對(duì)于有不同性質(zhì)的地線采用分割隔離的方法,，使不同屬性的地線的電流走不同的路徑，可防止信號(hào)串?dāng)_,。 汽車電子設(shè)備大都通過線束接到車身上的各個(gè)接地點(diǎn),，一般認(rèn)為，車身的阻抗比線束的阻抗要小得多,，據(jù)此,，對(duì)于接地設(shè)計(jì)須盡可能遵循以下規(guī)則： (1) 接地線長度不能過長，如果長度不能調(diào)整對(duì)較長的線束,，為減小傳導(dǎo)和輻射干擾,，可以考慮在線束上增加濾波，比較方便的方法是套接合適的鐵氧體磁環(huán),。 (2) 集成電力電子用電器的接地線最多只能通過一個(gè)連接釘接到車身上,； (3) 安全系統(tǒng)的接地要與其他電氣接地分開布置，甚至雙接地,，氣囊點(diǎn)爆裝置的功能地和靜電地要分開,； (4) 傳感器的地不能和負(fù)載地(加熱器，電機(jī)等),、有大電流和電壓梯度的零件的地(點(diǎn)火線圈,，噴油器，風(fēng)扇,、電源控制器等)通過同一個(gè)連接釘接地,； (5) 各控制模塊的電子地與大功率感性負(fù)載的地線應(yīng)分開,； (6) 大功率的LIN (Local Interconnect Network, 局域互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)) 節(jié)點(diǎn)其信號(hào)地和功能地要分開；LIN網(wǎng)絡(luò)的主節(jié)點(diǎn)和從節(jié)點(diǎn)使用同一個(gè)接地點(diǎn),； (7) 信息娛樂系統(tǒng)的接地呈星形分布,，且不能與其他類型的設(shè)備共同接地； (8) 同系統(tǒng)可共用接地,，避免不同系統(tǒng)間的串?dāng)_,。 布置設(shè)計(jì) 不同類型的導(dǎo)線回路在線束中一起捆扎無可避免地會(huì)互相影響。因此,，易造成干擾的導(dǎo)線和易受干擾的導(dǎo)線應(yīng)該盡可能地分開布置,，建議遵循以下規(guī)則進(jìn)行線束布置： (1) 傳感器之類的弱信號(hào)線不能與大功率感性負(fù)載的電源線、地線并行布線,，類似設(shè)計(jì)必須提前到整車拓?fù)湓O(shè)計(jì)階段進(jìn)行,。如無法避免，則需要增強(qiáng)弱信號(hào)用電器的抗干擾能力,； (2) 高壓線的走向稍稍變更,，整車的EMC測(cè)試趨向就會(huì)有很大的變化，高壓線束應(yīng)盡量沿車身布置,，優(yōu)化整車電磁輻射的環(huán)路,，利用車身行程封閉的屏蔽艙； (3) 高壓線束和低壓線束應(yīng)分開布置,，間距盡量大,，必須靠近時(shí)應(yīng)盡可能垂直交叉布置； (4) 收音機(jī)天線周圍不能布置普通導(dǎo)線,，且天線延長線需盡可能緊貼車身布置,； (5) 阻抗轉(zhuǎn)換器與天線結(jié)構(gòu)之間的連接，以及收音機(jī)濾波器與天線結(jié)構(gòu)之間的連接,，均不能和其他線束一起捆扎走線,； (6) 承載大電流時(shí)鐘信號(hào)的導(dǎo)線必須在距離收音機(jī)、放大器等較遠(yuǎn)的地方布置,； (7) 通過繼電器切換的雨刮電機(jī)的電源線和地線必須一起靠近布線，倒車影像的電源線和視頻線須沿著車身的同一側(cè)布線,，倒車影像的視頻線應(yīng)避免和流過PWM信號(hào)線一同捆扎,。同方向布線。 本文我們介紹了線束零件設(shè)計(jì)階段應(yīng)如何根據(jù)高壓電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電磁干擾特性,，提供有針對(duì)性的改善或解決措施,，下篇推文，我們將繼續(xù)為大家?guī)砣绾芜x擇特殊導(dǎo)線來解決車輛信號(hào)數(shù)據(jù)傳輸速率的問題,，以及整車電磁兼容的基本測(cè)量方法和汽車電子兼容標(biāo)準(zhǔn)體系,。 |
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