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汽车电器的电磁兼容

放大字体  缩小字体 发布日期:2016-02-27  来源:中国厨房电器网  作者:[db:作者]  浏览次数:373
核心提示:  设计研究汽车电器的电磁兼容刘新亮(上海大众汽车有限公司产品工程部电器科,上海器系统的电磁兼容从电磁环境分析、电磁兼容设计、电磁兼容测试/评价3个方面进行了较为系统的论述;特别是对电磁环境中无线电干

  设计研究汽车电器的电磁兼容刘新亮(上海大众汽车有限公司产品工程部电器科,上海器系统的电磁兼容从电磁环境分析、电磁兼容设计、电磁兼容测试/评价3个方面进行了较为系统的论述;特别是对电磁环境中无线电干扰状况、高频骚扰发射和高频电磁干扰抗扰性,以及国内汽车电器试验中很少涉及的静电放电干扰进行了较为系统的分析。

  常重视电磁骚扰控制成立了一些国家级及国际组织如德国电气工程师协会(VDE)、国际电工协会(IEC)、国际无线电干扰特别委员会(CISPR)等对电磁骚扰问题进行世界性的、有组织的研究汽车很早就成为电磁兼容研究的重点对象,特别是20世纪60年代以后,汽车电器装置大量增加许多国家和国际性组织针对汽车推出了产品电等。汽车微电子装备的增加也非常迅猛其中的半导体逻辑器件对于电磁干扰相当敏感加之汽车线束同有关高场强频段的波长(SW)可以比拟故在这些频段存在对车载电子系统造成强烈电磁干扰的隐患;车载电器低电压、大电流负载特性使其开/关过程在供电线路上产生很多脉冲性干扰进一步加剧了车载电器的恶劣电磁环境。为此,标准化组织协同制造商又制定/引用了一些电磁抗扰性(EMS)美汽车主机厂非常重视EMI和EMS的研究与开发如大众汽车(VW)集团在90年代初专门成立了电磁兼容中心对干扰发射、线传导脉冲干扰、1弓I言车电器设备或系统,直译为电磁兼容性。按GB/T4365― 1995其定义为:“设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力”111.即设备(分系统、系统)在共同的电磁环境中能一起执行各自功能不会由于受到处于同一电磁环境中其它设备的电磁干扰发射导致或遭受不允许的降级,也不会使同一电磁环境中的其它设备(分系统、系统)因受其电磁骚扰发射而导致或遭受不允许的降级21.EMC是一门“研究在有限的空间、时间、频谱资源条件下,各种用电设备(广义的还包括生物体)可以共存,并不致引起降级的一门尖端综合性科学”3.它所涉及的理论基础包括数学、电磁场理论、天线与电波传播、电路理论、信号分析、通信理论、材料科学、生物医学、机械结构等。电磁兼容问题涉及到电力、通信、交通、航天、军工、计算机、医疗等非常宽广的领域。

  自从1860年把电能用于点火,汽车就开始了向周围电磁环境发射电磁骚扰的历史。发达国家非低如汽车C电波抗扰性、信号线耦合抗扰性以及静电放电抗扰性等进行研究并采用相关的TL一EMC标准进行零部件和整车层面的EMC测试、认证。在本文中述。

  2汽车的电磁环境汽车电系上的负载多种多样既有小阻抗、大电流的阻性/感性负载,也有小电流、高电压的发生装置还有高频振荡信号源它们不仅对外是潜在的骚扰发射源也是对车载电器自身的骚扰源;另外由于高机动性汽车也可能会处于各种可以想像得到的从低频到高频的复杂电磁场中,由此产生的电磁干扰耦合也会影响汽车电子电器系统的正常运行。汽车电系内的电压可以归纳为以下5类:正常工作电压、异常稳态电压、无线电干扰电压、瞬变过电压和静电放电。

  21正常工作电压在标称电压为12V的汽车电器系统中,正常电压是交流发电机向用电设备提供的正常工作电压,一般为12 5~145V.汽车正常行驶时,电源电压一般在142V左右但汽车的供给电压会随着工况的不同发生变化在怠速工况下,电系上有大负荷而蓄电池又被部分放电时,蓄电池电压可能会下降到10V左右。

  22异常稳态电压除了短时短路或掉电造成的异常电压外,其它如部分放电的蓄电池在低温下起动时,标称值12V的电压可能下降到8V左右;当交流发电机的电压调节器发生故障时,励磁电流不通过调节器,而直接形成回路,交流发电机的输出电压将升至18V,此电压可能引起电解液沸腾导致电压高达75 ~130V.蓄电池的跨接片松动,可能产生24V电压输出;在汽车修理时,可能发生将正、负极对调的错误产生一12V的反压。

  23无线电干扰电压汽车上无线电干扰电压来自2个方面:车外干扰源和车内干扰源。汽车由于其高机动性导致它可能会处于各种可以想像的电磁场中,从162/3Hz的轨道交通线路低频直到雷达装置的吉赫高频。为0.15~1000MHz在德国公路空间内允许的电磁场场强。汽车电子系统的线路一方面构成了许多不期望的敏感天线但另一方面也由于其长度以及与车身连接而得到的屏蔽效果缩小了敏感频率的范围使得汽车的敏感范围缩至6MHz~1GHz. 231固定短波发射站的电磁场大功率的短波发射站附近存在很高的电磁场强如德国之声在瑙恩(Nauen)的短波发射天线附近的场强高达120V/m.FM调频广播和电视发射由于天线的设置方式在公路空间产生的场强比较-般只有10V/ 32移动电话电磁场强移动电话是一个潜在的直接干扰源一网络车载电话可直接在汽车附近产生40V/m的场强,这个场强随着距离的增大按照E律衰减重要的移动通信频段有业余频段(功率<750W)、2m、4m和移动电话频段(C一、D―和ENet频率分别为470MHz、960MHz和1880MHz)所示为1000MHz以下频率范围内移动电话的电磁场发射功率汽车所受到的外部电磁干扰除了这些有意图的电磁波发射外,还受到诸如来自照明器具的弧光放电、振荡源以及其它电火花点火设备无意电磁骚扰发射的影响。

  33自生骚扰汽车内部的自生骚扰发射干扰源主要是汽车电系中的各种瞬变电脉冲、分电器的触头之间和火花塞间隙之间的火花以及车轮与地面、车身与空气高速摩擦产生的静电放电。这些自身产生的骚扰既可能对自身的汽车电子器件也会通过电磁骚扰发射对环境中的其它电器造成干扰这些自生骚扰可进一步分3组:装置产生的宽带干扰;b频谱范围10kHz~500MHz的由直流电机和离散输出级产生的宽带干扰;c频谱范围基频~4000MHz的车载数字计算机(各种ECU和车载办公数字设备)产生的窄带干扰。

  当这些干扰源没有去扰措施时,汽车接收天线上感应到的电压可达50(1讲V. 24瞬变过电压供电线路上继电器或电机等感性负载的开关过程都能产生干扰汽车电系统正常运行的瞬变过电压这些瞬变过电压可分为能量信号(ms范围)和高频的脉冲群(Ps范围)。当没有去扰措施时,这些干扰源的开路电压可达1kV. 241负载突变过电压这种过电压可在交流发电机突然抛负载时产生如当交流发电机处于额定负载下工作突然与正在放电的蓄电池断开时,会产生严重的瞬变过电压汽车行驶时,交流发电机与蓄电池突然断开,其瞬变过电压幅值可达75 ~125V,上升时间可持续100化衰减时间可持续100~200ms.这种瞬变过电压对电子产品会产生相当大的电能冲击。

  242电感负载断开过电压汽车上的感性负载有点火线圈、电磁继电器、空调离合器、各种电机、电喇叭等。这种瞬变过电压的变化与负载的性质、大小以及线路阻抗有关,多以高幅值的负脉冲和随后的低幅值正脉冲出现,其最高峰值可达一300V,持续时间达300ms2 43励磁衰减过电压当点火开关断开时交流发电机磁场绕组与蓄电池断开,但与其它负载仍有电的联系这时在磁场绕组上仍有自感电动势为一负向脉冲脉冲幅度取决于断开瞬时的负载和调节器的状态。如果在初级点火电路断开时断开点火开关,则产生最强的瞬时过电压瞬时过电压的幅值可达一120V,时间可持续200ms. 244互耦式瞬态电压汽车的电线遍及全车,而且这些长长的导线往往紧紧扎成线束。无屏蔽的配线及搭铁阻抗在汽车电系内很自然会产生准静态感性/容性耦合和阻性耦合。当相邻导线中的电位有阶梯变化时就会通过线间的电感和电容产生耦合。例如在一根长10m的三芯电缆中,线端子1和2之间信号源Ui为晶闸管斩波电路,末端线端子2和3间的负载阻抗R2的大小为100kO.当斩波脉宽为5ms斩波电压为300V时,电阻R2上感应的电压为理85,电磁千扰和电磁兼容性名词术语。

  张林昌。电磁兼容及其标准。‘97北京电磁兼容标准化国际研讨会。

  廖传书,戴焯。汽车电子产品的电磁环境。汽车电(责任编辑成成)

 
 
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