機(jī)動(dòng)車報(bào)警喇叭的傳導(dǎo)發(fā)射整改分析

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0 引言

隨著機(jī)動(dòng)車智能化和網(wǎng)聯(lián)化的發(fā)展，在機(jī)動(dòng)車狹小的內(nèi)部空間匯聚的電子器件和模塊數(shù)量越來越多，這導(dǎo)致機(jī)動(dòng)車的電磁兼容（EMC）問題日益復(fù)雜。在功能上，智能中控、輔助駕駛和無人駕駛等智能化系統(tǒng)的應(yīng)用也是研究熱點(diǎn)。然而，如果涉及機(jī)動(dòng)車行車安全的零部件受到電磁干擾而出現(xiàn)性能下降，將會(huì)直接威脅駕乘人員的生命和財(cái)產(chǎn)安全。因此，機(jī)動(dòng)車整車廠和零部件廠都對(duì)機(jī)動(dòng)車零部件的EMC性能提出越來越高的要求，相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)也越來越嚴(yán)格。從測(cè)試類型上，機(jī)動(dòng)車零部件的EMC測(cè)試可以分為發(fā)射類和抗擾度類。其中，發(fā)射類EMC測(cè)試主要測(cè)試受試設(shè)備（DUT）對(duì)外部的電磁發(fā)射水平，目的是把DUT的對(duì)外發(fā)射電平控制在需要的水平以下；抗擾度類測(cè)試是測(cè)試DUT對(duì)來自外部電磁干擾的免疫能力，以確保DUT具備足夠的抗擾性能。

機(jī)動(dòng)車報(bào)警喇叭通常以一定頻率不斷高聲鳴叫報(bào)警，是典型的瞬態(tài)電流工作設(shè)備。每個(gè)鳴叫周期的開始與結(jié)束都伴隨著瞬間的工作電流變化，具有較強(qiáng)的電磁發(fā)射，這對(duì)其他零部件的正常工作造成了嚴(yán)重的威脅。另外，機(jī)動(dòng)車報(bào)警喇叭的對(duì)外電磁發(fā)射主要沿電源線對(duì)外產(chǎn)生傳導(dǎo)發(fā)射，因此，傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)試是機(jī)動(dòng)車報(bào)警喇叭在EMC測(cè)試中面臨的典型挑戰(zhàn)。本文從EMC三要素出發(fā)，通過實(shí)驗(yàn)分析了機(jī)動(dòng)車報(bào)警喇叭傳導(dǎo)發(fā)射整改方法。

1 機(jī)動(dòng)車報(bào)警喇叭的傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)試系統(tǒng)

如圖1所示為機(jī)動(dòng)車報(bào)警喇叭的傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)試系統(tǒng)框圖，依據(jù) CISPR 25：2016 / GB/T 18655-2018標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)被測(cè)機(jī)動(dòng)車報(bào)警喇叭進(jìn)行測(cè)試布置。其中，機(jī)動(dòng)車報(bào)警喇叭作為DUT，DUT及其線束被放置在非導(dǎo)電、低相對(duì)介電常數(shù)材料上，距參考接地平面上方50 mm的位置； DUT距離人工網(wǎng)絡(luò)的長(zhǎng)度為200 mm。電源線的傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)量依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)在0.15～30 MHz頻率范圍內(nèi)依次對(duì)電源正極線和電源回線進(jìn)行測(cè)量。被測(cè)量電源線對(duì)應(yīng)的人工網(wǎng)絡(luò)測(cè)量端口通過射頻同軸電纜穿過暗室的接口板，連接至EMI接收機(jī)。未被測(cè)量電源線對(duì)應(yīng)的人工網(wǎng)絡(luò)測(cè)量端口接50 Ω負(fù)載。

圖1 機(jī)動(dòng)車報(bào)警喇叭的傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)試系統(tǒng)

2 整改前測(cè)試數(shù)據(jù)

被測(cè)機(jī)動(dòng)車報(bào)警喇叭為直流27 V供電，測(cè)試中分別對(duì)其+27 V供電線和GND線分別進(jìn)行測(cè)量，由于該兩根線測(cè)試數(shù)據(jù)接近，因此取其+27 V供電線進(jìn)行分析。如圖2所示為某機(jī)動(dòng)車報(bào)警喇叭的傳導(dǎo)發(fā)射整改前測(cè)試數(shù)據(jù)，可見超標(biāo)較為明顯，特別是在150 kHz處，平均值超限值約19 dB。此外，經(jīng)過輻射發(fā)射測(cè)試，發(fā)現(xiàn)該DUT的輻射發(fā)射場(chǎng)強(qiáng)也明顯超標(biāo)。

圖2 整改前的測(cè)試數(shù)據(jù)

3 整改分析

以干擾源、傳播路徑和接收設(shè)備的EMC三要素為分析出發(fā)點(diǎn)，首先確定干擾源的來源和成分。其中，干擾源的成分分析主要是分辨共模信號(hào)分量和差模信號(hào)分量。由圖2中整改前測(cè)試數(shù)據(jù)可見，干擾信號(hào)主要集中在10 MHz之前，因此，主要分析150 kHz ～ 30 MHz頻率范圍內(nèi)的信號(hào)。通過某商用共模/差模信號(hào)分離網(wǎng)絡(luò)對(duì)DUT進(jìn)行共模干擾分量和差模干擾分量測(cè)量。

如圖3所示為共模干擾信號(hào)分量試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可見共模干擾信號(hào)分量的電磁發(fā)射水平較低，且遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)限值。如圖4所示為差模干擾信號(hào)分量試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可見差模干擾信號(hào)分量的電磁發(fā)射水平較高，接近圖2中整改前測(cè)試數(shù)據(jù)且明顯超過標(biāo)準(zhǔn)限值。

圖3 共模干擾信號(hào)分量試驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖4 差模干擾信號(hào)分量試驗(yàn)數(shù)據(jù)

由以上測(cè)試數(shù)據(jù)可見，干擾信號(hào)的類型幾乎全部為差模干擾信號(hào)。因此，主要選用差模抑制器件進(jìn)行傳導(dǎo)騷擾整改。此外，為了達(dá)到理想的整改效果，需要定位干擾源位置，從源頭上切斷干擾源的傳播路徑，以防止過長(zhǎng)的干擾信號(hào)傳輸路徑構(gòu)成發(fā)射天線，產(chǎn)生較大的輻射發(fā)射干擾。對(duì)DUT的PCB板進(jìn)行干擾源定位分析，即采用近場(chǎng)掃描系統(tǒng)對(duì)該P(yáng)CB板進(jìn)行掃描，掃描過程中該P(yáng)CB板處于正常工作狀態(tài)。由整改前的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可見，干擾信號(hào)集中的頻段主要是 10 MHz之前，因此，主要分析 150 kHz ～30 MHz頻率范圍內(nèi)的信號(hào)。如圖5所示為PCB板近場(chǎng)掃描試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

圖5 PCB板近場(chǎng)掃描試驗(yàn)數(shù)據(jù)

可見在PCB大部分區(qū)域均有比較明顯的近場(chǎng)發(fā)射，特別是橫6縱5方塊區(qū)域。通過與PCB板的元器件比對(duì)對(duì)干擾源進(jìn)行定位，確定干擾源為PCB上的一個(gè)開關(guān)三極管。如圖6所示為干擾源位置的確定圖，深色實(shí)線區(qū)域?yàn)殚_關(guān)三極管，藍(lán)色虛線為在三極管的基極和集電極兩個(gè)引腳對(duì)地分別連接一個(gè)電容器。

整改后經(jīng)過測(cè)試，該DUT的傳導(dǎo)發(fā)射電平有顯著降低，符合限值要求，并有較大的通過裕量。但是，由于在三極管引腳加了濾波電容，對(duì)三極管輸出PWM信號(hào)的上升沿和下降沿進(jìn)行了平緩，即降低了開關(guān)速度，從而增加了EUT的啟動(dòng)時(shí)間，對(duì)使用者造成明顯啟動(dòng)延遲的使用體驗(yàn)。該啟動(dòng)延遲現(xiàn)象不滿足主機(jī)廠的要求，因此，需要進(jìn)一步平衡濾波效果和啟動(dòng)延遲現(xiàn)象。

圖6 干擾源位置的確定

4 整改結(jié)果

由以上分析，減小了所施加電容的容值，同時(shí)，為了提高濾波電容的濾波效果，采用貼片電容來減小寄生電感參數(shù)。替換兩個(gè)濾波電容后，EUT的啟動(dòng)延遲現(xiàn)象得到較大的改善，滿足主機(jī)廠的設(shè)計(jì)要求。如圖7所示為最終整改使用的抑制器件，在同樣位置的兩個(gè)插件電容替換為兩個(gè)更小容值的貼片電容。

圖7 最終整改使用的抑制器件

如圖8所示為最終整改后的傳導(dǎo)發(fā)射試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可見該數(shù)據(jù)符合標(biāo)準(zhǔn)限值的要求，最小通過裕量為1.8 dB。同時(shí)，輻射發(fā)射試驗(yàn)也有較大的通過裕量。

圖8 最終整改后的測(cè)試數(shù)據(jù)

5 結(jié)語

在實(shí)驗(yàn)分析中發(fā)現(xiàn)，傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)試和輻射發(fā)射測(cè)試具有一定的相關(guān)性，在進(jìn)行傳導(dǎo)發(fā)射的整改過程中，應(yīng)該同時(shí)考慮對(duì)輻射發(fā)射測(cè)試的影響。在EMC整改過程中，應(yīng)緊緊圍繞EMC三要素，首先定位干擾源，分析干擾源的共模和差模成分，選擇合適的濾波器件；然后確定傳播路徑，從源頭切斷傳播路徑來避免因天線效應(yīng)引起輻射發(fā)射。此外，EMC的整改應(yīng)該在整改效果、成本和DUT功能體現(xiàn)之間尋求平衡點(diǎn)，使DUT既滿足EMC測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)要求又可以正常工作。