混合動力汽車電磁兼容仿真研究

華嘉俊

[摘 要]筆者結合實際工作經驗，主要針對混合動力汽車電磁兼容仿真研究。

[關鍵詞]電磁兼容 網絡研制 天線測量仿真

中圖分類號：TE154 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）38-0098-01

根據ISO 7637-2：2004和ISO 16750-2：2012中的規(guī)定，拋負載脈沖分為脈沖5a和脈沖5b脈沖5a是由拋負載發(fā)生器發(fā)出的脈沖波形，對于插電式混合動力汽車零部件來說，試驗原理是相同的，區(qū)別可能只在于干擾電壓的幅度等參數的設置，在最大輸出的范圍內，試驗設備可以覆蓋傳統汽車和插電式混合動力汽車，無需進行整改，可以直接使用。

對于脈沖5b，是在脈沖5a的基礎上增加了一個脈沖限幅網絡，而限幅電壓值的選取取決于實車上裝載的限幅器的電壓值，在傳統汽車上，一般廠商的取值大多為35V，也有部分是40V，因此在試驗過程中，實驗室準備了兩個限幅網絡，分別限幅在35V和40V上，以應對各個車廠的試驗要求。而在插電式混合動力汽車上，由于存在高壓/低壓等多種電源類型，所以若有限幅網絡的話，其抑制電壓值也有可能與傳統汽車的值不同，且各整車廠商由于技術壁壘的存在，也不可能在短時間內統一車載電源的電壓值，以及抑制電壓值。所以在插電式混合動力汽車的車載設備試驗中，可能會需要很多限幅網絡來應對各種需求。因此，便捷的方式就是研制一個可變電壓的限幅網絡，為了之一目的，所以先使用軟件對拋負載發(fā)生器以及限幅網絡的電路進行軟件仿真，從而可以在研制網絡的過程中有效地控制輸出波形的參數以及抑制電壓的確定。

使用MATLAB軟件首先設計脈沖5b的電路，按照一般拋負載脈沖的發(fā)生原理設計放電電路，如圖1中紅框的部分，由于在試驗標準中并未給出相關電路和參數，在參考諸多企業(yè)標準，并且進行了大量的嘗試后，可以得到了脈沖5a的輸出波形。即圖4中黃色曲線的波形，與標準中定義的脈沖5a波形一致。根據ISO 7637-2中對于抑制網絡電路的規(guī)定，在原脈沖5a電路上加入抑制網絡的電路，如圖1中籃框中的電路。電路中的穩(wěn)壓二極管的參數取圖3中的值，即反向截止電壓29V，正向導通壓降0.9V。該取值也是參考了部分整車生產廠商的企業(yè)標準選取的。圖1中可以看到，并聯在輸出段的一致網絡，可以視為一個反向連接的二極管串聯三個正向連接的二極管，從參數計算上應該可以截止在32V左右，從仿真的結果來看，比較好地吻合設置的參數，因此，在實際研制過程中，只要通過調整正向、反向連接的二極管數量，就可以控制實際的抑制電壓了。

網絡研制完成后進行校準，在計量校準報告中可以看到，實際輸出的波形也與仿真值比較吻合，符合理論依據，達到令人滿意的效果。

在輻射發(fā)射測試過程中，受試產品可以認為是一個輻射源，通過天線來測量其發(fā)出的電磁場強度來確定其輻射大小，而針對電場和磁場分別使用不同的測量天線來測量，現舉出一個典型的例子來仿真天線測量的情況，電場考慮用偶極子天線（對數天線可視為多個偶極子電線的和），磁場考慮用環(huán)形天線。

1 偶極子天線測量仿真

偶極子天線測量電場強度時需要將偶極子天線的長度與相對頻率電磁波的波長相一致，單極等于四分之一波長時最為靈敏。以下使用單極長0.5米的偶極子天線為例來反正測量情況。

圖2中給出的是偶極子天線的表面電流強度，不同顏色表示的不同強度，為相對值，不同的圖彼此之間沒有相對關系。

（a）注入信號頻率為300MHz，即偶極子總長度2h等于時的表面電流λ；

（b）注入信號頻率為300MHz，并分別在h坐標-0.25m和0.25m處加載100Ohm電阻時的表面電流；

（c）注入信號頻率為600MHz，即偶極子總長度2h等于2λ時的表面電流；

（d）注入信號頻率為600MHz，并分別在h坐標-0.25m和0.25m處加載100Ohm電阻時的表面電流；

（e）注入信號頻率為150MHz，即偶極子總長度2h等于λ/2時的表面電流；

（f）注入信號頻率為450MHz，即偶極子總長度2h等于3λ/2時的表面電流。

由上圖可以觀察到沿偶極子有著周期性的電流分布，這也是作為諧振天線的典型分布。當偶極子總長為注入信號半波長為的奇數倍（即2h=λ/2，3λ/2，5λ/2，...）時，具有最大的天線發(fā)射效率。當偶極子總長為注入信號波長為的整數倍（即2h=λ，2λ，3λ，...）時，饋電點的電流幾乎為0，輸入阻抗變得很大，此時偶極子變成毫無意義的天線。

對于電阻加載的效果，負載位置對偶極子天線很重要。當加載位置處于電流分布峰值區(qū)域時，電阻加載效果非常明顯，這是因為該頻率的注入信號在加載位置有較大的電流流過電阻，如圖（a）和（b）所示；當加載位置處于電流分布較小的區(qū)域時，電阻加載對電流分布影響非常小，這是因為該頻率的注入信號在加載位置幾乎沒有電流流過電阻，如圖（c）和（d）所示。

從研究結果可以了解到電場發(fā)射測試的微觀原理，為測試過程中的場地驗證，日常自檢等工作提供理論依據，同時也對產品整改提供了一種思路，即根據仿真結果中顯示的針對輻射頻率確定天線表面電流的分布，在指定位置提高阻抗來減小天線效率，從而達到濾波、減小電場強度的效果。

2 環(huán)形天線測量仿真

環(huán)形天線測量磁場時，天線周長與吸收的電磁波的波長有著密切的關系，如圖3所示。

（a）注入信號頻率為19.11MHz，即環(huán)周長C等于0.1λ時的表面電流；

（b）注入信號頻率為95.54MHz，即環(huán)周長C等于0.5λ時的表面電流；

（c）注入信號頻率為191.08MHz，即環(huán)周長C等于λ時的表面電流；

（d）注入信號頻率為382.17MHz，即環(huán)周長C等于2λ時的表面電流。

環(huán)天線模型是在EMC發(fā)射源的典型模型，由圖可見，與偶極子天線類似的，不同頻率的信號沿環(huán)天線的表面電流強度也呈周期性模式。

因此在EMC發(fā)射整改過程中，不論電場還是磁場測試，針對不同發(fā)射頻率的信號選擇不同的濾波處理位置非常重要，可以很有效地降低輻射發(fā)射的場強大小。endprint