汽車(chē)電器電磁兼容性及電磁干擾的抑制
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自由空間中的導線(xiàn)電感每毫米約為0.04nH。如果電刷產(chǎn)生的噪聲頻率為50～100MHz，當電容連接的導線(xiàn)長(cháng)度為100～150mm時(shí)，導線(xiàn)不計線(xiàn)間電容，則感抗XL=2πfL=3.77Ω；而0.1μF電容的容抗XC=1/（2πfC）=0.159Ω。若導線(xiàn)長(cháng)度縮短為25mm，感抗僅為0.628Ω，濾波電容效果提高80％。濾波器件應直接由噪聲源搭鐵，使回路阻抗最小，有最佳濾波效果。必須注意，有交流分量的輸入端安裝電容一定要慎重，解決EMC問(wèn)題的同時(shí)，不能引起過(guò)大的漏電流，超出安全規范的規定。
在電刷上連接一個(gè)10～25μH的電感，吸收電刷通過(guò)換向器間隙時(shí)流經(jīng)電刷電流突變的能量，串聯(lián)在電路中的扼流圈和對搭鐵的旁路電容組合成低通濾波器，也能抑制傳導干擾。LC濾波器比單個(gè)電容有更寬的濾波帶寬，而干擾波形尖峰產(chǎn)生的輻射干擾的抑制通過(guò)屏蔽來(lái)實(shí)現。
同一設計的汽車(chē)電機電器產(chǎn)生的干擾，由于工藝等的差異在幅度和頻率上有很大的隨機性。有一個(gè)良好的搭鐵線(xiàn)，甚至將產(chǎn)生干擾的電器裝置限制在一塊公共搭鐵板上，就近接到車(chē)體或線(xiàn)束的屏蔽層搭鐵，才能保證濾波、屏蔽最有效。低頻電路的搭鐵，應盡量采用單點(diǎn)并聯(lián)搭鐵；高頻電路宜多點(diǎn)串聯(lián)搭鐵，搭鐵線(xiàn)短而粗，更有效抑制長(cháng)搭鐵走線(xiàn)產(chǎn)生的共模干擾。輸入輸出元件盡量隔遠些，高頻元件間要防止分布參數造成相互干擾。
合理布線(xiàn)，合理規劃線(xiàn)束，使大功率干擾電路應盡可能緊靠負載，小功率敏感電路緊靠信號源，盡量分開(kāi)大功率電路和小功率電路，減小線(xiàn)束間感應干擾和輻射干擾。經(jīng)過(guò)濾波的電源線(xiàn)要盡量遠離各種信號線(xiàn)，以防高頻信號耦合到電源線(xiàn)，造成傳導發(fā)射超標。對較長(cháng)的線(xiàn)束應在線(xiàn)束上增加濾波器，常用的方法是套上鐵氧體磁環(huán)，降低傳導和輻射干擾。用于抑制電磁干擾的磁環(huán)不同于一般用做電感的鐵氧體，它的品質(zhì)因素Q值甚低，損耗較大。
濾波、屏蔽、優(yōu)化布線(xiàn)和搭鐵是4項EMC最常規采用的有效措施。但汽車(chē)鋼制車(chē)體總是作為直流電源回到負極的電路，既作為搭鐵線(xiàn)，又是射頻阻抗較小的信號回流線(xiàn)。所以汽車(chē)電器還采用阻尼的方法來(lái)抑制輻射。發(fā)動(dòng)機火花塞的中心電極對殼體通過(guò)絕緣介質(zhì)構成電容，中心電極本身又具有電感，這樣就形成一個(gè)LC振蕩回路，火花塞的導線(xiàn)起著(zhù)天線(xiàn)作用，以電磁波形式向空間發(fā)射，電刷與換向器、滑環(huán)間的火花，喇叭、燈開(kāi)關(guān)，機械式調節器、傳感器的觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，由于各自回路LC的差異，射頻干擾頻率范圍在0.15～1000MHz之間。點(diǎn)火裝置就是采用在高壓電路串入阻尼電阻有效削弱電火花產(chǎn)生的高頻振蕩，但過(guò)大的阻值會(huì )影響火花塞電極的能量，故一般不超過(guò)20kΩ。常采用直徑1mm的NiCrAl絲繞成，LCR并存，有良好的阻尼振蕩輻射作用。
干擾電波具有下述特性：當從發(fā)生源臨近的地方移開(kāi)時(shí)先以距離3次方的速率衰減，稍遠些時(shí)，以距離二次方的速率衰減，最后隨距離線(xiàn)性衰減。
FCC第15部分規定30～88MHz的極限值為100μV/m。
在80MHz處，相距干擾源50cm的位置，測得輻射強度80μV/m，應為合格，當距離減小為30cm時(shí)，其輻射強度變?yōu)?00μV/m，是極限值100μV/m的8倍，高出18.1dB?！氨Ｗo距離”的概念，是指在某種條件下使用電器設備，仍可能會(huì )產(chǎn)生干擾。當今汽車(chē)設計中都有一個(gè)高度集成的微控制器MCU，它用來(lái)完成大量的計算并實(shí)現有關(guān)車(chē)輛運行的控制，包括發(fā)動(dòng)機管理和制動(dòng)控制。除MCU模塊自身滿(mǎn)足EMC規范外，必須使這類(lèi)關(guān)鍵元器件在保護距離以?xún)?，達到優(yōu)良的電磁兼容性能，免受其它電器電子設備干擾。
四、改善電磁兼容性的試驗研究
電磁兼容性的仿真計算僅能對電器的電磁性能進(jìn)行初步粗略的估算，最終改善汽車(chē)電器的電磁兼容性須待試驗進(jìn)行驗證。下面對2種汽車(chē)電器產(chǎn)品采用綜合改進(jìn)措施前后的干擾波形圖進(jìn)行對比。
刮水電動(dòng)機是直流永磁蝸輪減速電動(dòng)機，額定功率為60～100W，既是感性負載，又有電刷換向火花的存在，是一個(gè)大的干擾源。改善刮水電動(dòng)機的EMI性能需要改進(jìn)傳統的換向結構，并在刷握近處加濾波處理。圖4是改進(jìn)前后的干擾波形圖。
用無(wú)刷直流電動(dòng)機做刮水電動(dòng)機，采用霍爾元件做位置傳感器，脈寬調制（PWM）變頻調速，在掃頻儀上可以看到3～18次的高次諧波干擾。
作為信號裝置的閃光器是典型觸點(diǎn)繼電器式的器件，觸點(diǎn)處于頻繁火花通斷工作。相連的線(xiàn)束上產(chǎn)生的傳導干擾，又引起較大的輻射干擾。改善EMC的措施是在線(xiàn)束上加套的鐵氧體磁環(huán)，和閃光器出線(xiàn)處連接的0.1μF電容構成低通濾波器，抑制了傳導干擾，射頻干擾也得到大幅度衰減（尤其是50～100MHz段）。圖5為12V/20A的閃光器改進(jìn)前后干擾波形。
同一設計的汽車(chē)電機電器產(chǎn)生的EMI，由于元器件、布線(xiàn)工藝等的差異，干擾幅度和頻率上會(huì )有較大的隨機性。在定性的理論指導下，采取1～2項或綜合的改進(jìn)措施，統一工藝規范，反復實(shí)驗總結，都能達到滿(mǎn)意的結果。
五、結語(yǔ)
我國對汽車(chē)電器電子設備電磁兼容性系統研究起步較晚，目前已日益受到重視，這對提高汽車(chē)產(chǎn)品出口競爭力至關(guān)重要。電磁兼容性出口的CE或FCC認證費用十分昂貴，提高認識，及時(shí)調整好各項參數，可以縮短認證周期，降低成本，使我國出口產(chǎn)品具有優(yōu)秀的EMC品質(zhì)，品質(zhì)穩步提高。(end)
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