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重型汽車(chē)電磁兼容性問(wèn)題分析

2010-04-21  作者:  來(lái)源:卡車(chē)網(wǎng)[wujinlan.com.cn]  文字大?。骸?a href="javascript:fontZoom(16)">大】【】【
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  1 電磁兼容性的概念及意義

  隨著重型汽車(chē)技術(shù)的不斷發(fā)展,越來(lái)越多的新技術(shù)在現(xiàn)代重型汽車(chē)上得到了廣泛的應(yīng)用,而這些新技術(shù)的應(yīng)用對(duì)整個(gè)汽車(chē)電器系統(tǒng)的可靠性提出了更高的要求,即各個(gè)電子裝置和電子控制系統(tǒng)必須相互適應(yīng)。這就要求我們必須重視汽車(chē)電器系統(tǒng)的電磁兼容性。

  電磁兼容性(EMC)是指電器裝置或電氣系統(tǒng)不產(chǎn)生干擾或不受環(huán)境干擾并工作在指定環(huán)境中的能力。汽車(chē)上的電子電器設(shè)備所產(chǎn)生的電磁干擾也會(huì)給汽車(chē)本身裝備的電子控制系統(tǒng)及其它電子產(chǎn)品的正常工作帶來(lái)不利影響。因此,要保證諸如ABC、發(fā)動(dòng)機(jī)燃油電子控制等系統(tǒng)和其它電子設(shè)備的正??煽抗ぷ?,就必須重視對(duì)電磁兼容性的研究和設(shè)計(jì)。

  2 汽車(chē)電磁干擾產(chǎn)生的原因和危害

  汽車(chē)電子設(shè)備和汽車(chē)電子產(chǎn)品中的許多到縣、線圈和帶熔點(diǎn)的電器具有不同的電容和電感,這些電容、電感構(gòu)成的閉合回路中會(huì)形成震蕩回路。在電路斷開(kāi)和接通的瞬間,觸點(diǎn)間會(huì)產(chǎn)生火花或電弧。電火花和電弧本身就是一個(gè)發(fā)射高頻電磁的干擾源,其產(chǎn)生的電磁干擾(EMI)會(huì)向四周的空間發(fā)射電磁波,影響其他通訊設(shè)備和電子設(shè)備的正常工作。因此,汽車(chē)行駛時(shí)這種干擾電磁波可能破壞大多數(shù)無(wú)線電設(shè)備的正常工作,還能擾亂軍用車(chē)輛上攜帶的導(dǎo)彈系統(tǒng)部分無(wú)線電、雷達(dá)和計(jì)算機(jī)電路控制系統(tǒng)的正常工作。此外,汽車(chē)產(chǎn)生的電磁干擾不但能影響外界的電子設(shè)備的正常的工作,而且也會(huì)影響汽車(chē)電器系統(tǒng)本身日益怎過(guò)的現(xiàn)代化汽車(chē)電子電器設(shè)備和汽車(chē)電子電器產(chǎn)品的正常工作,同時(shí),外界的電磁干擾也會(huì)影響汽車(chē)上電子設(shè)備的正常工作。因此,為了防止電磁環(huán)境干擾對(duì)汽車(chē)電子產(chǎn)品的性能產(chǎn)生不利影響,避免汽車(chē)電子產(chǎn)品的性能,劣化或功能的喪失,保證大量汽車(chē)電子設(shè)備能在同一個(gè)電器系統(tǒng)中彼此互無(wú)影響并可靠工作,就必須確定一個(gè)合適的干擾極限,以保證電磁干擾(EMl)輻射和電磁靈敏度(EMS)極限之間存在足夠的安全容限。所以解。決汽車(chē)電器系統(tǒng)的電磁兼容性已成為一個(gè)重要課題。

  3 國(guó)內(nèi)外電磁兼容性的研究概況

  汽車(chē)技術(shù)比較先進(jìn)的國(guó)家都十分重視對(duì)汽車(chē)電磁兼容性的研究,紛紛制定了相應(yīng)法規(guī);各大汽車(chē)生產(chǎn)商則投入資金建立相應(yīng)的汽車(chē)電磁兼容性研究中心,對(duì)其整車(chē)執(zhí)行測(cè)試認(rèn)可,對(duì)汽車(chē)電子產(chǎn)品零部件的批量生產(chǎn)進(jìn)行檢查,分析事故的賠償責(zé)任,對(duì)整車(chē)電磁環(huán)境的測(cè)試進(jìn)行分析和描述,從而提出整車(chē)電氣系統(tǒng)和汽車(chē)電子產(chǎn)品的電磁兼容性設(shè)計(jì)的技術(shù)要求。

  目前,國(guó)內(nèi)相對(duì)實(shí)力較強(qiáng)的幾大汽車(chē)廠家亦認(rèn)識(shí)到電磁兼容性的重要性,并著手這方面的研究,但同先進(jìn)國(guó)家相比差距還是比較大的。

  4 電磁兼容性設(shè)計(jì)的概念

  隨著對(duì)汽車(chē)電磁兼容性研究和分析的深入,汽車(chē)電器系統(tǒng)的電磁兼容性設(shè)計(jì)就成為一個(gè)重要的課題。電磁兼容性設(shè)計(jì)的概念是指在進(jìn)行汽車(chē)電氣線路整體設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)車(chē)輛具體的技術(shù)參數(shù)和車(chē)輛的實(shí)際適用環(huán)境,從分析各種干擾源的特性和技術(shù)參數(shù)人手,確定干擾的路徑和耦合方式,然后采取各種措施抑制干擾,消除干擾的耦合,增強(qiáng)被干擾對(duì)象的抗干擾能力,從而使汽車(chē)電子產(chǎn)品及設(shè)備正常工作。

  5 電磁兼容性設(shè)計(jì)的內(nèi)容

  電磁兼容性設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括三個(gè)方面,即切斷電磁輻射進(jìn)入電子產(chǎn)品內(nèi)部產(chǎn)生相互干擾的通路;提高對(duì)電磁效應(yīng)敏感器件的質(zhì)量;從汽車(chē)電器系統(tǒng)的總體和電路設(shè)計(jì)方面采取措施對(duì)最敏感的器件和部位進(jìn)行屏蔽保護(hù)。在此著重介紹汽車(chē)電器系統(tǒng)的總體和電路設(shè)計(jì)。

  5.1 電路設(shè)計(jì)

  電路設(shè)計(jì)主要包括選擇電子元件和電路、識(shí)別臨界電路的步驟屏蔽、隔離臨界電路和采用抑制干擾技術(shù)的方案及確定連線和接地的原則等,重點(diǎn)在于了解采用元件的電磁敏感門(mén)限數(shù)據(jù),制定出一個(gè)可行的整體電路設(shè)計(jì)方案。

  5.2 布線和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

  主要包括連線和接地的實(shí)施原則和元件、布線、不同電路的電磁屏蔽隔離,以及抗擾規(guī)劃、結(jié)構(gòu)類(lèi)型、材料選用、材料接觸腐蝕、表面涂履等,重點(diǎn)是抓住屏蔽隔離的效能、對(duì)開(kāi)口處的處理和結(jié)構(gòu)的綜合利用。

  5.3 系統(tǒng)和總體設(shè)計(jì)

  對(duì)系統(tǒng)所有的分系統(tǒng)、裝置、組件和元件應(yīng)規(guī)定各自的控制指標(biāo)及其間的協(xié)調(diào),從總體的系統(tǒng)功能上制定出抗干擾的實(shí)施方案和采取的主要措施。

  對(duì)上述的三個(gè)部分而言,電磁兼容性設(shè)計(jì)重點(diǎn)是系統(tǒng)設(shè)計(jì)和電路設(shè)計(jì)。但其中電子元器件的電磁敏感門(mén)限測(cè)試分析是設(shè)計(jì)工作的基礎(chǔ)。

  6 抑制干擾源的技術(shù)措施

  一般來(lái)說(shuō)電磁噪聲是難以消除的,但可采取各種措施,把電磁噪聲抑制到不致產(chǎn)生電磁干擾的程度。通常單用一種簡(jiǎn)單的辦法來(lái)解決電磁噪聲問(wèn)題往往難以奏效,所以最好采用幾種不同的組合方法。

  6.1 一般要求

  汽車(chē)電磁噪聲的抑制,可以在接受器方面進(jìn)行,但由于接受頻率、干擾電波的傳播方式及其它種種實(shí)際情況,在接受器端采取措施是較為困難的。由于汽車(chē)電器設(shè)備的電磁噪聲能干擾其他通訊設(shè)備和各種電子設(shè)備,所以應(yīng)考慮抑制汽車(chē)電器設(shè)備本身產(chǎn)生的電磁噪聲。汽車(chē)上各種電器產(chǎn)生的電磁干擾電波特性與電平是各不相同的,所以干擾的抑制辦法也應(yīng)符合其特性和電平。抑制干擾電波設(shè)計(jì)可采用阻尼、屏蔽、濾波和連接等基本措施,且必須滿(mǎn)足4個(gè)條件:①有良好的抑制效果。②不妨礙汽車(chē)電器設(shè)備本身的性能。③可靠性高,使用方便。④價(jià)格合理。

  6.2 電磁噪聲抑制器

  目前國(guó)內(nèi)外汽車(chē)使用的抑制器基本是由電阻體、電感、電容即所謂R、I、C單個(gè)或組裝而成,例如電阻體、屏蔽導(dǎo)線、電容器、抑制干擾電感線圈及抑制干擾濾波器等。

  6.3 方法

  6.3.1 屏蔽

  屏蔽是在兩個(gè)區(qū)域之間建立電磁屏障保護(hù)系統(tǒng)中的電路不受電磁環(huán)境損壞的最直接方法。

  屏蔽的形式多種多樣,可以是隔板、盒式封閉體,也可以是電纜或連接器式的屏蔽。屏蔽的效能用屏蔽有效度表示,它不僅與屏蔽材料有關(guān),而且與材料的厚度、應(yīng)用頻率、輻射源到屏蔽層的距離以及屏蔽層不連續(xù)的形狀和數(shù)量有關(guān)。

  屏蔽有兩個(gè)主要目的:一是使輻射電磁能限制在特定區(qū)域之內(nèi)(稱(chēng)主動(dòng)屏蔽)。主動(dòng)屏蔽是指干擾源處于內(nèi)部,并防止干擾波泄漏到外部空間的結(jié)構(gòu),必須進(jìn)行接地,且接地電阻越小越好。二是防止輻射電磁能進(jìn)入特定區(qū)域(稱(chēng)被動(dòng)屏蔽)。被動(dòng)屏蔽是指干擾源處于外部,并防止干擾波進(jìn)入屏蔽空間的結(jié)構(gòu)。

  屏蔽設(shè)計(jì)的步驟是:①確定待屏蔽的干擾電平和能量密度;②估算屏蔽層另一側(cè)的允許信號(hào)電平;③結(jié)合產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和外殼設(shè)計(jì),選擇詳細(xì)的屏蔽設(shè)計(jì)方案。屏蔽的設(shè)計(jì)原則是:①高頻電場(chǎng)屏蔽應(yīng)用銅、鋁和鎂等良導(dǎo)電材料,以得到最大的反射效率。②低頻磁場(chǎng)屏蔽應(yīng)用磁性材料,如鐵和鎳鐵高導(dǎo)磁合金,以得到最大的吸收效率。③足夠厚度的屏蔽層可屏蔽任何頻率的電場(chǎng),且有很高的屏蔽效能。④多層屏蔽(包括機(jī)殼與電纜)能在寬頻帶上提供高屏蔽有效度,但需考慮成本和其他性能要求(如電纜可撓度)。⑤用來(lái)密封縫隙的各種結(jié)合面必須清潔,不能有不導(dǎo)電的涂層。⑥為了保持外殼的屏蔽效能,對(duì)必不可少的穿線孔應(yīng)加導(dǎo)電襯層、彈簧墊圈、波導(dǎo)衰減器和柵網(wǎng)等。

  6.3.2 連接

  連接是在兩個(gè)金屬面之間建立低阻抗通路。這個(gè)通路可在接地基準(zhǔn)與元件、電路、屏蔽物和結(jié)構(gòu)件之間建立。連接的目的在于建立均勻的電氣結(jié)構(gòu),即在結(jié)構(gòu)上設(shè)法使射頻電流的通路均勻,避免在金屬件間產(chǎn)生電位,從而造成干擾。

  6.3.3 接地

  接地就是在兩點(diǎn)之間建立導(dǎo)電通路,其中的一點(diǎn)通常是系統(tǒng)的電氣元件,而另一點(diǎn)則是參考點(diǎn)。

  一個(gè)接地系統(tǒng)的有效性取決于在多大程度上減小接地系統(tǒng)的電位差和減小地電流。

  6.3.4 濾波

  屏蔽主要是為了解決輻射干擾,而濾波則主要是解決通過(guò)傳導(dǎo)途徑造成的干擾。兩者均涉及連接和接地技術(shù)、電磁干擾濾波器的有效性在很大程度上受源阻抗和負(fù)載阻抗的影響。

  6.4 抗電磁干擾設(shè)計(jì)的技術(shù)措施

  有許多技術(shù)措施可以用來(lái)減小電子系統(tǒng)對(duì)電磁干擾的敏感性,如屏蔽、連接、濾波、接地、線路設(shè)計(jì)和元器件選擇等。屏蔽、連接、濾波、接地在前面已敘述,下面重點(diǎn)論述元器件選擇和電路設(shè)計(jì)。

  元器件選擇和電路設(shè)計(jì)是抗電磁干擾和電磁兼容性設(shè)計(jì)的重點(diǎn)之一,通過(guò)選擇元件及抗擾篩選,以得到高抗干擾門(mén)限值的元件。這項(xiàng)措施可使系統(tǒng)的抗干擾性增加10-3dB。

  使設(shè)計(jì)的電路具有高信號(hào)電平和低阻抗特性,可大大降低對(duì)干擾的靈敏度。一般采取的辦法是縮短元件和電路的連線,采用屏蔽的雙絞線作連線。

  對(duì)電路來(lái)說(shuō),數(shù)字電路比線性、模擬電路抗擾性強(qiáng),低速數(shù)字電路比高速數(shù)字電路有更低的電磁靈敏度。

  在確定元件和電路時(shí),除要注意其電磁干擾靈敏度之外,還應(yīng)注意一些會(huì)產(chǎn)生電磁干擾的元件和電路。它們也匯兌系統(tǒng)早晨股應(yīng)有的影響,或使信號(hào)發(fā)生畸變,或產(chǎn)生干擾電壓、干擾電流,或使系統(tǒng)造成工作失誤。在設(shè)計(jì)與測(cè)試時(shí)都應(yīng)給予注意。

  6.5 電路布局原則

  1. 正確布置元件的位置和方向。最敏感元件應(yīng)遠(yuǎn)離于擾源。

  2. 布線要合理。不同用途不同電平的導(dǎo)線如輸入與輸出線、弱電與強(qiáng)電要遠(yuǎn)離,且不能平行;接地線長(zhǎng)度要盡量短,截面要盡量大。

  3. 關(guān)鍵元件、電路和走線都要加屏蔽,屏蔽要合理接地。

[責(zé)任編輯:liun]

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