車輛零部件電磁兼容設(shè)計(jì)與應(yīng)用

摘 要：本文通過(guò)對(duì)車輛零部件電磁兼容的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行深入研究，闡述了電磁兼容設(shè)計(jì)在零部件的開(kāi)發(fā)過(guò)程中起到了關(guān)鍵性的作用。諸多的零部件企業(yè)在進(jìn)行產(chǎn)品研發(fā)的過(guò)程中往往對(duì)電磁兼容設(shè)計(jì)沒(méi)有重視，使得零部件在進(jìn)行電磁兼容試驗(yàn)后無(wú)法滿足條件，從而導(dǎo)致零部件進(jìn)行整改，耗費(fèi)了較多的人力和財(cái)力。因此，對(duì)某控制器進(jìn)行整改，解決產(chǎn)品所產(chǎn)生的輻射問(wèn)題以及發(fā)射超標(biāo)問(wèn)題，能夠進(jìn)一步改善產(chǎn)品的漏洞，以此來(lái)證明正向開(kāi)發(fā)的重要性，同時(shí)能夠?yàn)槠髽I(yè)的設(shè)計(jì)規(guī)范提供有力的保障。

關(guān)鍵詞：車輛零部件;電磁兼容;設(shè)計(jì)

零部件軍用電磁兼容考核標(biāo)準(zhǔn)為GJB 151B-2013，其中陸軍地面設(shè)備考核項(xiàng)目為CE102、RE102、CS101、CS112、CS114、CS115、CS116、RS103，共8項(xiàng)。CE102、RE102考核零部件發(fā)射指標(biāo)是否合格，CS101、 CS112、 CS114、 CS115、CS116、RS103考核零部件抗擾性指標(biāo)是否合格。軍用車輛零部件考核指標(biāo)要求嚴(yán)格，在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中應(yīng)重點(diǎn)設(shè)計(jì)，避免進(jìn)入設(shè)計(jì)-試驗(yàn)-整改-再設(shè)計(jì)的循環(huán)過(guò)程，耗費(fèi)大量資金和資源，延長(zhǎng)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)周期[1]。

1、零部件電磁兼容性分析

通過(guò)對(duì)電磁兼容試驗(yàn)的理解和分析，需要在產(chǎn)品的研發(fā)過(guò)程中采取相應(yīng)的措施，對(duì)發(fā)射和抗擾性進(jìn)行設(shè)計(jì)。

電磁兼容的三要素為騷擾源、傳播途徑和敏感設(shè)備。提高產(chǎn)品電磁兼容性，也是從這三方面入手：對(duì)于騷擾源，我們通過(guò)降低其電磁發(fā)射頻率，控制噪聲源發(fā)射能量;對(duì)于傳播路徑，分析騷擾的傳播模式進(jìn)行有效阻斷;對(duì)于敏感設(shè)備，提高其抗干擾能力，截?cái)嗟劝l(fā)射路徑。傳播途徑方面，值得注意的是傳導(dǎo)發(fā)射與輻射發(fā)射是沒(méi)有邊界的，我們可以利用這一點(diǎn)，將傳導(dǎo)轉(zhuǎn)變?yōu)檩椛?，或者將輻射轉(zhuǎn)換為傳導(dǎo)，以此來(lái)提高產(chǎn)品電磁兼容性[2]。

2、零部件電磁兼容設(shè)計(jì)方法

2.1? 接地

接地是電子設(shè)備的一個(gè)很重要問(wèn)題。接地目的有三個(gè)：（1）接地使整個(gè)電路系統(tǒng)中的所有單元電路都有一個(gè)公共的參考零電位，保證電路系統(tǒng)能穩(wěn)定地干作。

（2）防止外界電磁場(chǎng)的干擾。機(jī)殼接地可以使得靜電感應(yīng)而積累在機(jī)殼上的大量電荷通過(guò)大地泄放，否則這些電荷形成的高壓可能引起設(shè)備內(nèi)部的火花放電而造成干擾。另外，對(duì)于電路的屏蔽體，若選擇合適的接地，也可獲得良好的屏蔽效果。（3）保證安全工作。當(dāng)發(fā)生直接雷電的電磁感應(yīng)時(shí)，可避免電子設(shè)備的毀壞;當(dāng)工頻交流電源的輸入電壓因絕緣不良或其它原因直接與機(jī)殼相通時(shí)，可避免操作人員的觸電事故發(fā)生。此外，很多設(shè)備都與汽車的車體直接相連，當(dāng)機(jī)殼帶有110V或220V電壓時(shí)，將發(fā)生致命危險(xiǎn)[3]。

2.2? 屏蔽

屏蔽體材料選擇的原則是：（1）當(dāng)干擾電磁場(chǎng)的頻率較高時(shí)，利用低電阻率的金屬材料中產(chǎn)生的渦流，形成對(duì)外來(lái)電磁波的抵消作用，從而達(dá)到屏蔽的效果。

（2）當(dāng)干擾電磁波的頻率較低時(shí)，要采用高導(dǎo)磁率的材料，從而使磁力線限制在屏蔽體內(nèi)部，防止擴(kuò)散到屏蔽的空間去。（3）在某些場(chǎng)合下，如果要求對(duì)高頻和低頻電磁場(chǎng)都具有良好的屏蔽效果時(shí)，往往采用不同的金屬材料組成多層屏蔽體。

2.3? 濾波

濾波是抑制和防止干擾的一項(xiàng)重要措施。濾波器可以顯著地減小傳導(dǎo)干擾的電頻，因?yàn)楦蓴_頻譜成份不同于有用信號(hào)的頻率，濾波器對(duì)于這些與有用信號(hào)頻率不同的成份有良好的抑制能力，從而起到其它干擾抑制難以起到的作用。所以，采用濾波網(wǎng)絡(luò)無(wú)論是抑制干擾源和消除干擾耦合，或是增強(qiáng)接收設(shè)備的抗干擾能力，都是有力措施。用阻容和感容去耦網(wǎng)絡(luò)能把電路與電源隔離開(kāi)，消除電路之間的耦合，并避免干擾信號(hào)進(jìn)入電路。對(duì)高頻電路可采用兩個(gè)電容器和一個(gè)電感器（高頻扼流圈）組成的CLCMπ型濾波器。濾波器的種類很多，選擇適當(dāng)?shù)臑V波器能消除不希望的耦合[4]。

2.4? 電路設(shè)計(jì)

有時(shí)候采用屏蔽后仍不能滿足抑制和防止干擾的要求，可以結(jié)合屏蔽，采取平衡措施等電路技術(shù)。平衡電路是指雙線電路中的兩根導(dǎo)線與連接到這兩根導(dǎo)線的所有電路，對(duì)地或?qū)ζ渌鼘?dǎo)線都具有相同的阻抗。其目的在于使兩根導(dǎo)線所檢測(cè)到的干擾信號(hào)相等。這時(shí)的干擾噪聲是一個(gè)共態(tài)信號(hào)，可在負(fù)載上自行消失。另外，還可采用其它一些電路技術(shù)，例如接點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，整形電路，積分電路和選通電路等等?？傊捎秒娐芳夹g(shù)也是抑制和防止干擾的重要措施[5]。

3、零部件電磁兼容設(shè)計(jì)應(yīng)用

3.1? 未考慮電磁兼容設(shè)計(jì)產(chǎn)品

根據(jù)設(shè)計(jì)理念可以得出，汽車的電子控制器的設(shè)計(jì)原理其實(shí)很簡(jiǎn)單，但是在設(shè)計(jì)的過(guò)程中沒(méi)有對(duì)其進(jìn)行全方面的設(shè)計(jì)，只是將其主要功能進(jìn)行了設(shè)計(jì)，沒(méi)有考慮到電磁兼容設(shè)計(jì)，使得電子控制器的結(jié)構(gòu)方面不夠完善，同時(shí)還未進(jìn)行PCB的布局，在對(duì)電子控制器的零部件進(jìn)行電子兼容檢測(cè)的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)進(jìn)行電子兼容設(shè)計(jì)，導(dǎo)致電子兼容未得到標(biāo)準(zhǔn)，輻射以及發(fā)射嚴(yán)重超標(biāo)，在進(jìn)行電子兼容檢測(cè)之前，結(jié)果與預(yù)想相差甚遠(yuǎn)。根據(jù)幾次的試驗(yàn)可以分析得出，電子控制器的倍頻為6MHz，圍繞晶振的設(shè)計(jì)過(guò)程并不理想，沒(méi)有達(dá)到預(yù)期的效果，從而使得電子控制器的零部件出現(xiàn)嚴(yán)重的超標(biāo)問(wèn)題[6]。

3.2? 正向電磁兼容設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，電子控制器需要對(duì)電磁兼容進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)方案如上述所說(shuō)，同時(shí)電子控制器的整體需求為：外殼采用塑料外殼，電路功能以及芯片都按照相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)安裝，PCB的工作頻率高，因此在設(shè)計(jì)方面，要對(duì)晶振、芯片等進(jìn)行細(xì)化設(shè)計(jì)，避免出現(xiàn)線間耦合以及串?dāng)_等現(xiàn)象，同時(shí)外殼的設(shè)計(jì)能夠有效的減少空間輻射[7]。

安裝電子控制器的需求，需要對(duì)電子控制器的外殼、PCB、零部件等進(jìn)行設(shè)計(jì)和選型，同時(shí)要優(yōu)化走線、設(shè)計(jì)兩層PCB、貼片元器件以及噴涂導(dǎo)電漆外殼。設(shè)計(jì)完成，需要進(jìn)行電子兼容試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果如預(yù)期所想，一次性通過(guò)了電子兼容試驗(yàn)，達(dá)到了試驗(yàn)要求，并且降低了核算成本。全新的產(chǎn)品進(jìn)行出廠后，質(zhì)量?jī)?yōu)良、出現(xiàn)故障的頻率較低，總體來(lái)說(shuō)設(shè)計(jì)非常成功。

結(jié)語(yǔ)：

本文通過(guò)對(duì)汽車零部件進(jìn)行了深入研究后，分析設(shè)計(jì)出了電磁兼容的方法。必須要先了解和掌握相關(guān)的法律規(guī)范以及對(duì)于電磁兼容的要求;其次在進(jìn)行電磁兼容產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，根據(jù)不同的產(chǎn)品類型來(lái)進(jìn)行針對(duì)性的處理，隨后進(jìn)行電磁兼容試驗(yàn)，證明其方案是否可行。電磁兼容的設(shè)計(jì)方案使得生產(chǎn)企業(yè)能夠大大的減少資金的消耗。

參考文獻(xiàn)：

[1]林森，劉保國(guó)，雒拓，高錦.車輛零部件電磁兼容設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].汽車電器，2021（08）：24-26.

[2]王志遠(yuǎn)，高新杰，馮來(lái)兵，王春杰.電動(dòng)汽車EMI根源定位方法及優(yōu)化策略[J].安全與電磁兼容，2019（04）：17-19.

[3]林森，陳博凱，張志鵬.車輛及零部件輻射發(fā)射分析與設(shè)計(jì)[J].汽車實(shí)用技術(shù)，2018（10）：94-97.

[4]汪星華，郝明遠(yuǎn)，王艷琴，張秋敏.軌道車輛電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)解析及建議[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2016（18）：192-194.

[5]韓永杰，傅振興，張恒，楊樂(lè)軍.電動(dòng)汽車電磁兼容研究概述[J].上海汽車，2013（07）：3-5+11.

[6]張威，程維明，楊東.電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)EMC測(cè)試的試驗(yàn)室方案研究[J].電子測(cè)量技術(shù)，2013，36（04）：80-83.

[7]BS EN 50498-2010， 電磁兼容性（EMC）.車輛用電子配件設(shè)備的產(chǎn)品系列標(biāo)準(zhǔn)[S].

作者簡(jiǎn)介：

國(guó)磊（1983-），性別：男，民族：漢，籍貫：山東省淄博市博山區(qū)，職稱：助理工程師，學(xué)歷：專科，研究方向：機(jī)械工程師。