汽車電磁兼容分析及設(shè)計(jì)

方勝利　梅建偉　侯貿(mào)軍

摘 要：隨著汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，面對(duì)汽車功能愈加豐富的市場(chǎng)需求，汽車上配置的電氣設(shè)備日益增多，而伴隨而來的汽車電器之間電磁兼容（EMC）問題也越來越突出，為確保各個(gè)電器設(shè)備均能正常工作，就需要行之有效的方法來解決各電器之間的電磁干擾問題。本文首先給出汽車EMC的一般性概念，然后簡(jiǎn)要分析汽車電磁干擾的三要素，在此基礎(chǔ)上結(jié)合實(shí)際電子電器的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，最后總結(jié)出目前行之有效的汽車電磁干擾抑制方法。

關(guān)鍵詞：汽車電器；電磁兼容；電磁干擾；抑制方法

汽車中配置的電子電器由于種類不同、空間安放位置各異，因此其電磁特性不同，使得汽車內(nèi)部空間的電磁場(chǎng)分布相對(duì)復(fù)雜，導(dǎo)致分析其電磁兼容的工作難度很大。本文主要結(jié)合實(shí)際工作中積累的經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo)汽車EMC的設(shè)計(jì)，采用傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)方法來抑制汽車電器之間的電磁干擾，以保證各電子電器能最大程度的可靠工作。

1 汽車EMC定義

車輛或零部件或獨(dú)立技術(shù)單元在其電磁環(huán)境中既能令人滿意的工作，又不對(duì)該環(huán)境任何事物造成不應(yīng)有的電磁騷擾的能力。即在汽車及其周圍的空間中，在一定的時(shí)間內(nèi)（運(yùn)行的時(shí)間），在可用的頻譜資源條件下，汽車本身及其內(nèi)部的用電設(shè)備可以共存不致引起降級(jí)。包括EMI（電磁干擾）和EMS（電磁干擾敏感度）。

2 汽車電磁干擾三要素

1）汽車電磁干擾源。汽車內(nèi)復(fù)雜的電磁環(huán)境是車內(nèi)、外各個(gè)電子電器干擾源共同作用導(dǎo)致的，而相對(duì)車外干擾源而言，車內(nèi)的各個(gè)電子電器的電磁干擾作用更大，因此汽車電磁干擾源主要指汽車內(nèi)部的電磁干擾源，包括供電系統(tǒng)電磁干擾源（如發(fā)電機(jī)負(fù)載瞬變、激勵(lì)衰減瞬變）、發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)電磁干擾源、感性負(fù)載瞬變干擾源、觸點(diǎn)放電干擾源、靜電干擾源和電磁耦合干擾源等。

2）汽車電磁干擾傳播途徑。汽車內(nèi)部電磁干擾主要通過傳導(dǎo)和輻射傳播的，傳導(dǎo)主要將干擾信號(hào)沿各電子電器中PCB上的引線和各電子電器之間的傳輸線傳至受干擾設(shè)備，即其具有“二維”特點(diǎn)，而輻射則通過通電的電纜和導(dǎo)線或者汽車天線、汽車外殼縫隙將干擾電磁波向四周空間輻射，具有“三維”特點(diǎn)。

3）汽車電磁敏感源。汽車內(nèi)部的電磁敏感源主要指易受電磁干擾影響或者抗電磁干擾能力弱的電子部件，主要指汽車內(nèi)部各電子電器中易受電磁干擾的敏感元件。

3 汽車電磁干擾抑制方法

由構(gòu)成電磁干擾三要素的分析可知，解決汽車電磁兼容問題的基本原則是：一方面通過對(duì)干擾源采取濾波、屏蔽等手段抑制電磁干擾的產(chǎn)生，另一方面通過采取屏蔽、隔離、阻抗匹配等措施抑制或切斷電磁干擾傳播途徑，同時(shí)設(shè)法提高電子電器設(shè)備的抗干擾能力，并降低電器元件的電磁敏感度。

3.1 傳導(dǎo)干擾的抑制

對(duì)于傳導(dǎo)干擾，通常采用濾波的措施來抑制，主要通過適當(dāng)調(diào)整濾波參數(shù)和濾波器的階數(shù)等措施來加強(qiáng)對(duì)傳導(dǎo)干擾的抑制作用，同時(shí)還可采取其他措施，如盡量減小電流回路的有效面積，通過錫箔屏蔽變壓器，采用雙絞線來傳輸信號(hào)，傳輸線路保持阻抗匹配、盡量對(duì)各回路單獨(dú)供電，避免干擾信號(hào)產(chǎn)生諧振等。此外還應(yīng)設(shè)法減小導(dǎo)線串?dāng)_，包括PCB布線時(shí)電纜彎曲次數(shù)、穿通孔數(shù)目、線路長度要盡量減小，數(shù)字地、模擬地要分開，對(duì)關(guān)鍵信號(hào)線要加保護(hù)地，輸入、輸出線要電氣隔離、空間分離等。

3.2 輻射干擾的抑制

對(duì)于輻射干擾，通常采用屏蔽的措施來抑制。首先要設(shè)法抑制作為主要輻射源的電源輻射，盡量不要將散熱線和地線布置在一起，同時(shí)電源散熱板不能單端接地，地線要求盡可能寬并短；其次要抑制產(chǎn)生高頻輻射的主控板輻射源，要盡量選用高頻輻射少的元器件，并在高速信號(hào)線上要適當(dāng)應(yīng)用零電阻，并應(yīng)用具有良好導(dǎo)電性和導(dǎo)磁性材料的屏蔽板，并通常將地線布在電路外圍以作為良好的電場(chǎng)屏蔽工具。

3.3 可靠有效接地

通常汽車電路設(shè)計(jì)有許多搭鐵，以建立可靠的接地系統(tǒng)，減小寄生電容和耦合電流，保證良好的屏蔽和濾波效果。同時(shí)國家規(guī)定，汽車上的電路必須采用負(fù)極搭鐵，尤其在采用單線連接電源及用電設(shè)備，單點(diǎn)搭鐵電源、信號(hào)等回路，以及電纜、靜電屏蔽層。此外，采用與接地螺栓匹配的焊接螺母在導(dǎo)電性良好的干燥處可靠接地，同時(shí)為了確保特殊電器（如安全氣囊）的可靠工作，采用屏蔽線或者雙絞線接地。

3.4 靜電放電防護(hù)

汽車電子電器中的需要電子元件，尤其是半導(dǎo)體元件容易失效，導(dǎo)致電路中的靜電放電引起電路損壞，最終通過電容影響電路的穩(wěn)定工作，通常電路中的靜電放電干擾主要通過直接傳導(dǎo)、電感和電容耦合來傳播，因此一方面可以通過搭鐵或者快速保護(hù)元件將高壓靜電荷釋放來消除靜電放電干擾，另一方面還可在PCB設(shè)計(jì)中增加保護(hù)環(huán)帶，通過最短的路徑將插拔線路板的電荷釋放到地以抑制靜電放電干擾。

3.5 其他措施

由于汽車上的電子電器種類和數(shù)量越來越多，因此汽車內(nèi)部的電磁環(huán)境也越來越復(fù)雜，為保證其電磁兼容，工程師和學(xué)者還在不斷探討更有效、更為全面的方法，如在端口連接時(shí)，采用具有特殊端口電路的專用連接器（RS485/232、以太網(wǎng)接口），在電路中可能產(chǎn)生過電壓的地方，采用特殊的抗干擾元器件等。

4 結(jié)語

汽車內(nèi)部由于電子電器數(shù)量、種類繁多，因此電磁環(huán)境復(fù)雜，為保證其電磁兼容性能，一方面要結(jié)合電器設(shè)計(jì)工作經(jīng)驗(yàn)采取全方位有效的電磁干擾抑制方法，包括抑制干擾源、切斷干擾傳播途徑、提高電磁敏感源的電磁抗干擾能力，另一方面要積極探索新方法，如建立電磁兼容軟件仿真模型，并根據(jù)其電磁模型采取適當(dāng)?shù)碾姶乓种剖侄?，才能使車?nèi)各電子設(shè)備可靠正常工作。

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作者簡(jiǎn)介：方勝利（1987），男，湖北十堰人，碩士，漢族，助教，研究方向：電機(jī)與電氣控制。