整車靜電放電ESD測試問題分析整改

武曉宇　付國良　孫志穎

【摘? 要】整車在進行靜電放電測試過程中出現(xiàn)儀表報錯，車輛無法正常啟動現(xiàn)象，通過對整車控制器的逐一排查以及對靜電放電路徑的分析，最終發(fā)現(xiàn)是某個控制模塊通信芯片損壞，從而導(dǎo)致了整車通信異常，車輛無法正常啟動，最終在其PCB板上增加ESD防護進行問題規(guī)避，從而符合整車靜電放電性能要求，提升了車輛的可靠性。

【關(guān)鍵詞】整車靜電放電；ESD防護；靜電耦合路徑

中圖分類號：U463.6? ? 文獻標志碼：B? ? 文章編號：1003-8639（ 2023 ）08-0073-02

Analysis and Rectification of Vehicle Electrostatic Discharge Testing Problems

WU Xiao-yu，F(xiàn)U Guo-liang，SUN Zhi-ying

（GAC Group Automotive Engineering Research Institute，Guangzhou 511434，China）

【Abstract】The instrument error occurred during the electrostatic discharge test of the vehicle，and the vehicle could not start normally. Through the investigation of the vehicle controller one by one and the analysis of the electrostatic discharge path，it was found that the communication chip of a control module was damaged，which led to the abnormal communication of the vehicle and the vehicle could not start normally. Finally，ESD protection was added to its PCB board to avoid problems，so as to meet the requirements of electrostatic discharge performance of the vehicle and improve the vehicle reliability.

【Key words】vehicle ESD；ESD protection；electrostatic coupling path

隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，汽車智能化程度越來越高，為廣大消費者帶來了更多的使用便利和駕駛體驗的同時對整車EMC性能的開發(fā)也帶來了嚴峻的考驗，比如駕駛員狀態(tài)監(jiān)控、流媒體后視鏡、行車記錄儀等圖像顯示系統(tǒng)。為了保障各項功能在車型上能可靠實現(xiàn)，各主機廠均會對各零部件開發(fā)設(shè)計進行嚴格管控，同時在整車上充分驗證整車EMC性能水平是否達標。本文所闡述的是其中靜電放電測試項目帶來的問題及解決對策。

1? 整車靜電放電

整車靜電放電測試是為了模擬用戶使用過程中潛在的人體靜電放電現(xiàn)象，避免車輛因靜電導(dǎo)致某項功能出現(xiàn)異?；螂娮硬考粨p壞，通過對整車靜電放電性能的管控，提高車輛的可靠性，從而提升客戶對車輛的體驗感。

《GB/T 19951道路車輛電氣/電子部件對靜電放電抗擾性的試驗方法》標準中規(guī)定了車輛電氣/電子部件對裝配、維修過程中以及駕駛員在車內(nèi)、車外可能產(chǎn)生的靜電放電耐受性能的試驗方法，包括試驗布置、放電方法、等級要求等。車輛進行整車放電時其放電模組及放電等級要求如表1所示，試驗布置如圖1所示。

2? 整車靜電放電測試問題分析

2.1? 整車靜電失效現(xiàn)象

在對車外攝像頭進行靜電放電時，儀表出現(xiàn)報錯，多個故障指示燈被點亮，同時車輛擋位無法切換，整車不能正常啟動。

2.2? 靜電失效問題排查思路

從攝像頭系統(tǒng)鏈路上看，與儀表提示的報警信息以及動力相關(guān)的功能均無直接聯(lián)系，且攝像頭位于車輛尾部，與儀表臺附近距離較遠，所以首先排除靜電場的影響。因儀表上顯示多個報警指示燈，故使用CANoe讀取整車故障碼及整車報文，發(fā)現(xiàn)報文上出現(xiàn)了很多錯誤幀且無法自動恢復(fù)，導(dǎo)致整車多個節(jié)點丟失。

在確定是整車通信出現(xiàn)問題后，通過逐一排查相關(guān)鏈路上控制器的方法，最終定位到問題控制器，在拔掉該控制器插接件后，CAN-L、CAN-H電壓恢復(fù)正常，CAN通信恢復(fù)正常，儀表報警指示燈消失，整車可以正常啟動。

2.3? 靜電耦合路徑分析

從整車靜電放電測試方法及測試位置分析，整車靜電耦合路徑一般可以分成4種。路徑1：直接耦合，即對某一電子設(shè)備進行靜電放電測試，靜電能量直接耦合到電子設(shè)備的內(nèi)部，如對顯示屏表面進行靜電放電測試，靜電能量耦合到顯示屏內(nèi)部排線導(dǎo)致顯示屏出現(xiàn)閃屏現(xiàn)象。路徑2：間接耦合，即對某一電子設(shè)備進行靜電放電測試，靜電能量通過周邊金屬部件耦合到其它電子設(shè)備的現(xiàn)象，如對點火開關(guān)進行靜電放電測試，顯示屏出現(xiàn)黑屏現(xiàn)象。路徑3：終端耦合，即對某一電子設(shè)備進行靜電放電測試，靜電能量通過其連接線傳導(dǎo)到負載端，對負載端產(chǎn)生影響的現(xiàn)象，如對后視鏡調(diào)節(jié)開關(guān)進行靜電放電導(dǎo)致門模塊相應(yīng)引腳阻抗變化的靜電失效現(xiàn)象。路徑4：即對某一電子設(shè)備進行靜電放電測試，靜電能量通過其線束耦合到其它系統(tǒng)線束上，導(dǎo)致其它系統(tǒng)出現(xiàn)失效的現(xiàn)象，本案例即為第4種路徑，路徑示意圖如圖2所示。

2.4? 靜電放電失效對策

在確定了問題零部件及耦合路徑后對問題進行了整改嘗試，整車層面整改方案需從靜電泄放路徑上去想辦法，給靜電能量提供一個可以快速泄放的有效路徑。

本案例后視攝像頭外殼為金屬外殼且裝配有金屬支架，但實際整車裝配時后視攝像頭外殼及金屬支架均未與車身金屬部分可靠連接，且后視攝像頭周邊無可用金屬搭接部分，無法提供一個可以快速泄放靜電能量的路徑，故整車上整改方案難以實施。

在整車整改方案無法推動后，嘗試在零部件端去解決，在前期排查過程中已明確問題所在零部件，故查看其電氣原理圖確認其相關(guān)引腳是否有靜電防護，從原理圖上看有使用TVS防護器件，但在PCB板上TVS并沒有焊接，CAN收發(fā)器電氣原理圖示例如圖3所示。

最終在PCB板上增加TVS器件后搭載整車驗證，空氣放電25kV測試，整車功能無異常表現(xiàn)，ESD問題解決。

3? 總結(jié)

本文通過實際項目開發(fā)案例，分析了整車ESD的潛在耦合路徑以及問題對策方案，為整車EMC設(shè)計及ESD失效問題提供了解決思路。

在零部件EMC設(shè)計管控過程中要充分了解整車測試模式，預(yù)留相關(guān)設(shè)計方案，降低后期整改及周期成本。

參考文獻：

[1] 鄭軍奇. EMC電磁兼容設(shè)計與測試案例分析（第3版）[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2018.

（編輯? 楊? 景）