車輛零部件EMC瞬態(tài)傳導試驗某公司培訓資料

1、車輛電子零部件EMC瞬態(tài)傳導試驗技術及實踐一引言隨著汽車車載電子產(chǎn)品種類越來越多，加之許多重要的監(jiān)視、控制系統(tǒng)功能為電子裝置所代替，車輛安全行駛的性能也就與其工作的電磁環(huán)境密切聯(lián)系了起來。也就或其零部件的EMS 能力若太低，一旦受到內(nèi)部或外部的電磁騷擾，輕者可能影響產(chǎn)品性能，重者則可能直接影響行車安全，致使人員損傷。由于車輛及其零部件對安全性能要求非常高的特殊性，車輛的EMC標準的嚴酷程度往往高于一般電子產(chǎn)品數(shù)倍以上。EMS 試驗法是以外加騷擾能量到被測設備上的方式，來判定被測設備的抗擾度能力。不同的干擾能量，須通過各種不同的試驗方法，選擇適合的耦合方式，才能將能量順利的耦合到被測設備上。外加

2、干擾能量的傳遞路徑主要分為輻射性與傳導性兩種，輻射性干擾是指騷擾能量不經(jīng)由任何傳輸介質作為媒介，由空中傳遞到DUT (Device Under Test)或是DUT 的線路(電源及信號線路)，而傳導性干擾則是經(jīng)由電源線或信號線等線路，直接將干擾能量耦合或注入到DUT 或線路上。外加騷擾能量的型態(tài)包含連續(xù)波與瞬態(tài)波兩種，再依輻射性與傳導性這兩種耦合方式?？蓪⒖箶_度試驗方法細分為連續(xù)波（Continue Wave）傳導、連續(xù)波輻射、瞬態(tài)傳導(Transiet)及靜電放電（ESD）四大類.本文主要介紹瞬態(tài)傳導抗擾度試驗的標準、試驗方法和在大量的對具體車輛電子零部件進行的試驗過程中發(fā)現(xiàn)的問題。二.EM

3、C瞬態(tài)傳導試驗簡介（一）特性說明瞬態(tài)現(xiàn)象發(fā)生的原因是一穩(wěn)定的系統(tǒng)突然發(fā)生變化(穩(wěn)態(tài)的改變：由一穩(wěn)定狀態(tài)突然改變至另一穩(wěn)定狀態(tài))所引起的現(xiàn)象，在變化的過程中會產(chǎn)生瞬間、短暫的電流或電壓脈沖現(xiàn)象，其瞬間脈沖的延續(xù)時間極短，從毫秒至微秒不等。一般而言，瞬態(tài)現(xiàn)象會發(fā)生于車輛的線束上，大致可區(qū)分為感性負載變化、交流電源供應延遲、拋負載脈沖、切換過程所產(chǎn)生的瞬態(tài)波及供電電壓下降等。若以傳輸線理論來分析瞬態(tài)現(xiàn)象，可得知瞬間脈沖的發(fā)生與供應電壓大小無關，供應電壓大小僅與瞬間脈沖的振幅大小有關，并不是造成瞬間脈沖原因，瞬間脈沖發(fā)生的原因與穩(wěn)態(tài)的改變、線束的電感及其分布電容、感性負載所造成的干擾信號有關，甚至線束

4、的長度也會影響脈沖的寬度，一般常見之電抗性負載代表性產(chǎn)品如表2所示。表2 電抗性負載代表性產(chǎn)品電抗性負載分類代表性產(chǎn)品特性電阻性前照燈發(fā)熱電感性搖窗電機需較大的起動電流來驅動(二)試驗項目車輛電子零部件電源線/信號線瞬態(tài)脈沖抗干擾試驗常用的試驗標準為ISO 7637-1,2,3。SAEJ1113-11,12、JASO D007、SAE J1211、JASO D001及DIN 40839-1，2，3等標準的試驗項目均與ISO7637有相同或相似之處。在此，對ISO7637做詳細介紹，其試驗項目如表3所示。表3 ISO7637各項試驗項目簡介標準章節(jié)測試項目特性ISO7637-2/2004puls

5、e1模擬感性負載由于電源切斷時所產(chǎn)生的瞬態(tài)傳導現(xiàn)象。例如關斷雨刮電機時產(chǎn)生的瞬態(tài)波。pulse2a模擬當感性負載串接待測裝置時，電流突然中斷所產(chǎn)生的瞬態(tài)現(xiàn)象。例子如在點火開關切斷后，與點火開關連接的直流馬達會因慣性原理而繼續(xù)運轉，就像是一臺發(fā)電機。而其電感會在切斷電源時產(chǎn)生瞬態(tài)波。pulse2b當點火開關關閉瞬間，直流馬達產(chǎn)生的瞬態(tài)波形。pulse3a模擬因為切換過程而產(chǎn)生的瞬態(tài)現(xiàn)象。這些瞬態(tài)的特性會受線束的電感及其分布電容所影響。如在繼電器吸合瞬間會產(chǎn)生微小的電弧，而該電弧就是產(chǎn)生pulse3快脈沖群的原因之一。pulse3bpulse4模擬在發(fā)動機啟動時所引起的供電電壓下降現(xiàn)象。pulse

6、5a模擬拋負載（load dump）的瞬態(tài)現(xiàn)象，此瞬態(tài)現(xiàn)象是正在充電的電瓶瞬間脫離交流發(fā)電機，且同時交流發(fā)電機仍然供應其它負載的瞬間所產(chǎn)生的。此拋負載所產(chǎn)生的幅值大小決定于電瓶脫離交流發(fā)電機的速度。電瓶突然脫離的原因可能是因電纜腐蝕導致電瓶的斷接、不良的接觸或故意將電瓶斷接。pulse5b對pulse5a進行抑制后的波形ISO7637-3/1995pulse a波形及特性同ISO 7637-1之pulse3a，差異為試驗參數(shù)略有不同。pulse b波形及特性同ISO 7637-2之pulse3a，差異為試驗參數(shù)略有不同。三、EMC瞬態(tài)傳導試驗技術實踐（一）汽車瞬態(tài)傳導干擾波形實測在實際測試過程

7、中，可以看到，電機類的感性負載在關斷時往往會產(chǎn)生比較大的瞬態(tài)現(xiàn)象。圖1是用HELOTEST公司的CARTESTER瞬態(tài)傳導試驗設備測試某車載空調(diào)蒸發(fā)風機關斷時所產(chǎn)生的對外瞬態(tài)現(xiàn)象。CARTESTER內(nèi)置了一個把實際信號進行100：1衰減的人工電源網(wǎng)絡（AN）。圖1中的脈沖電壓的幅值乘以100即為實際脈沖電壓幅值。從圖中可以看出，當汽車空調(diào)蒸發(fā)風機在關斷的瞬間可以對外產(chǎn)生幅值達-250V左右的瞬態(tài)波。其對車輛電子零部件的危害性不言而喻。相似的，圖2是某雨刮電機關斷時對外所產(chǎn)生的瞬態(tài)波。它在關斷時對外所產(chǎn)生的瞬態(tài)波幅值也能達到-220V左右。圖11和圖12的所示的瞬態(tài)波是在電機空載時所測得的，工作

8、電流一般都在10A以下。但在實際裝車，帶負載運行時，電機的工作電流往往非常大，比如助力轉向電機的最大工作電流會大于30A，而ABS的最大工作電流則會大于50A。而如果在此時電機突然發(fā)生關斷，則對外所產(chǎn)生的瞬態(tài)波脈寬時間更寬、危害更大。同種功率同種功能不同型號的電機，由于其內(nèi)部構造的不同，對外產(chǎn)生的瞬態(tài)瞬態(tài)傳導波往往都不相同。圖3是另外一種汽車空調(diào)蒸發(fā)風機在關斷瞬間，對外產(chǎn)生的瞬態(tài)波，可以看出，其對外干擾的幅值達-150V左右圖1某車載空調(diào)蒸發(fā)風機關斷時對外所產(chǎn)生的瞬態(tài)波圖2 某雨刮電機關斷時對外所產(chǎn)生的瞬態(tài)波圖3另一種車載空調(diào)蒸發(fā)風機關斷時對外所產(chǎn)生的瞬態(tài)波（二）實際的瞬態(tài)傳導試驗過程中的常見

9、問題及一般對策瞬態(tài)傳導試驗時所使用的部分波形就是模擬以上所描述的幾種電機對外產(chǎn)生的有害波形。在進行#1、#2b、#4波形試驗時，被測電子產(chǎn)品偶爾會有重啟現(xiàn)象發(fā)生。其原因往往是試驗波形的負向電壓脈寬時間過長，導致產(chǎn)品的復位電路啟動。一般的解決辦法是改換和提高電子產(chǎn)品電源電路的電容。在進行#5a波形試驗時，被測電子產(chǎn)品有時會出現(xiàn)功能失效的現(xiàn)象，有時甚至還會出現(xiàn)線路板上的電解電容爆漿，或線路燒斷現(xiàn)象。其原因是#5a試驗波形模擬的是正在充電的電瓶瞬間脫離交流發(fā)電機，且同時交流發(fā)電機仍然供應其它負載的瞬間所產(chǎn)生瞬態(tài)波，其能量比較大。設計浪涌吸收電路，提高電子產(chǎn)品電源電路的電容或提高穩(wěn)壓芯片的質量亦可解決

10、該問題。圖5是一種車載電子產(chǎn)品在進行#5a波形試驗后的實物圖。從圖中可以看出，電源電路部分已經(jīng)完全被擊穿，濾波電容、穩(wěn)壓電容和穩(wěn)壓芯片燒壞?？梢悦黠@的看出，如果在設計汽車電子時，沒有考慮到車內(nèi)惡劣的電磁環(huán)境或不進行相應的EMC瞬態(tài)傳導測試，按照設計一般電子產(chǎn)品的經(jīng)驗去設計汽車電子產(chǎn)品，特別是對安全性能要求非常高的各種ECU（如安全氣囊ECU、ABS ECU、發(fā)動機ECU等），其實際裝車運行的后果將不堪設想！ 圖4 在進行#5a波形試驗時，某電源電路燒毀的汽車電子產(chǎn)品四. 關于嚴酷程度和性能判定等級的思考在探討這個問題前需要對以下三個名詞的概念了解：失效模式嚴重程度分類 ：描述一個裝置置于試驗狀

11、態(tài)之下，其一項功能的性能結果的分類體系。功能狀態(tài)分類：一臺裝置在電磁場中暴露期間和暴露之后其一項功能的運行狀態(tài)。測試脈沖嚴酷程度：測試脈沖嚴酷度電平參量的級別規(guī)格。由于ISO7637瞬態(tài)試驗標準提供的是一個旨在幫助而非約束的、汽車制造商和零部件供貨商之間的雙方協(xié)定的依據(jù)，由此產(chǎn)生的直接結果便是難以決定使用哪一級嚴酷程度來進行試驗和使用哪一種功能狀態(tài)來判定測試產(chǎn)品的性能。描述一般失效模式嚴重程度分類，以下三個要素是必不可少的：a） 功能狀態(tài)分類：裝置暴露于電磁環(huán)境之中和之后的工作狀態(tài)；b） 試驗脈沖和方法：用于DUT 的典型試驗脈沖和試驗方法的標準。（該信息包含在ISO7637標準中）c） 試驗

12、脈沖嚴酷程度：基本脈沖參數(shù)的嚴酷程度等級的規(guī)定。由于每家汽車廠的車型、線束、電子產(chǎn)品性能都不一樣，對產(chǎn)品的要求也不一樣，其產(chǎn)品瞬態(tài)傳導性能也必將有一定區(qū)別。由于我國汽車行業(yè)瞬態(tài)傳導試驗還在起步階段，要達到靈活運用該項試驗來提高汽車產(chǎn)品的性能的目標，還需要在研發(fā)和試驗領域進行長期、大量的試驗。可以通過三條途徑來提升瞬態(tài)傳導試驗技術能力。（一）參照歐美汽車企業(yè)的企業(yè)標準。歐美汽車企業(yè)在瞬態(tài)傳導試驗這一領域是領先的，它們的企業(yè)標準凝結了許多工程智慧的結晶，有一定的參考意義。但由于國內(nèi)各種路況間差異是世界上最大的，其可能產(chǎn)生的瞬態(tài)傳導干擾類型也會與國外汽車企業(yè)標準的要求相距甚遠。所以歐美汽車企業(yè)的標準

13、對于國內(nèi)整車廠僅僅可以作參考。但如果是為歐美汽車企業(yè)供貨的零配件廠商，自然需要完全符合前者的要求。（二）通過摸索找出干擾最大的瞬態(tài)傳導干擾波形。利用瞬態(tài)傳導設備采集汽車電子產(chǎn)品對外發(fā)出的瞬態(tài)傳導干擾，經(jīng)過多次、多品種的采集、分析，得出汽車對外產(chǎn)生的最具代表性的干擾波形，再將該瞬態(tài)傳導波形作為企標準一部分，這是最利于汽車整車廠保證自己產(chǎn)品瞬態(tài)傳導性能的一種途徑。（三）按照對汽車安全行駛性能影響的輕重級別，對產(chǎn)品進行簡單分類。如果是第一次進行瞬態(tài)傳導試驗，又沒有相關的測試經(jīng)驗，則對試驗脈沖嚴酷程度的選取和產(chǎn)品性能判定等級的選取是比較困難的。首先可以用最低脈沖嚴酷等級進行試驗，通過了至少可以說明產(chǎn)品

14、已經(jīng)基本滿足瞬態(tài)傳導試驗的要求，在開始階段不必追求非常高的嚴酷等級，這必將帶來成本的提升。至于對產(chǎn)品功能狀態(tài)分類這一方面，可以首先按照對汽車安全行駛性能影響的輕重級別把產(chǎn)品進行簡單分成兩類。一類是各種關鍵的ECU，如發(fā)動機ECU、ABS ECU、助力轉向ECU和安全氣囊ECU等，這類產(chǎn)品性能的好壞對車輛的安全行駛影響最大，在進行瞬態(tài)傳導試驗過程中，不能有任何誤動作。按照ISO7637-2的附錄A，對于這類產(chǎn)品的產(chǎn)品功能狀態(tài)分類為A。另一類是各種車載電子設備，如車載DVD、車載GPS、倒車雷達、車載冰箱、空調(diào)等，這類產(chǎn)品被瞬態(tài)傳導脈沖干擾時，功能可能暫時下降，但干擾過后恢復正常，不會對車輛安全行

15、駛照成大的影響，這是可以接受的。按照ISO7637-2的附錄A，對于這類產(chǎn)品的產(chǎn)品功能狀態(tài)分類為C。經(jīng)過以上簡單的分類，ISO7637的可操作性就會提高很多，這便于國內(nèi)汽車廠商盡快接受該項試驗，以提升汽車電子產(chǎn)品瞬態(tài)傳導性能。五、 瞬態(tài)傳導試驗的具體實現(xiàn)瞬態(tài)傳導試驗應該在屏蔽室里進行。試驗產(chǎn)品必須處于正常工作狀態(tài)之中。瞬態(tài)傳導試驗設備的基本配置如表4 所示，這是可以完成ISO7637標準要求的配置。如果要進行諸如福特、通用、大眾等其它企業(yè)標準的試驗，還需要適當添加配件。其中，瞬態(tài)傳導設備主機CAR-TESTER（圖5）能進行#1、#2a、#3a、3b波形的試驗；拋負載發(fā)生器PG2800（圖6）能完成#5a、#5b波形的試驗；電源模擬系統(tǒng)SM52-30能進行#2b、#4波形的試驗；電容性耦合鉗CDN 500則能滿足ISO7637-3里的試驗要求。表4 HELOTEST瞬態(tài)傳導試驗設備的基本配置設備名稱瞬態(tài)傳導設備主機拋負載發(fā)生器電源模擬系統(tǒng)電容性耦合鉗型號CAR-TESTERPG2800SM52-30CDN 500 圖5 瞬態(tài)傳導設備主機CAR-TESTER 圖6拋負載發(fā)生器PG2800六.結論國際上，許多發(fā)達國家的車輛電子零