汽車零部件的傳導(dǎo)騷擾電壓分析與抑制措施

曹鐘，劉青松，覃延明，李彬，翟建鵬

(1.重慶車輛檢測(cè)研究院有限公司，重慶 401122；2.重慶市電磁兼容工程技術(shù)研究中心，重慶 401122)

汽車零部件的傳導(dǎo)騷擾電壓分析與抑制措施

曹鐘1,2，劉青松1,2，覃延明1,2，李彬1,2，翟建鵬1,2

(1.重慶車輛檢測(cè)研究院有限公司，重慶 401122；2.重慶市電磁兼容工程技術(shù)研究中心，重慶 401122)

針對(duì)國(guó)標(biāo)GB/T 18655-2010的零部件電壓法傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)試，分析了傳導(dǎo)騷擾的特性，指出了騷擾包含共模分量和差模分量，提出了要分別采取的抑制措施。并給出一款電池管理系統(tǒng)的整改分析過(guò)程，驗(yàn)證分析的正確性和措施的有效性。

傳導(dǎo)騷擾；抑制措施；電磁兼容

Engineering & Technology Research Center, Chongqing 401122, China)

0 引言

隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，車載電子電氣零部件的數(shù)量越來(lái)越多，電子電氣零部件必須具有很高的可靠性。電磁兼容作為電子電氣零部件可靠性的一個(gè)重要方面，受到了極大重視。尤其新能源技術(shù)的發(fā)展，對(duì)零部件的電磁兼容性的要求更高，越來(lái)越多的汽車整車廠家制定零部件電磁兼容規(guī)范。國(guó)標(biāo)GB/T 18655-2010 作為汽車電子零部件電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)[1]，被各大廠家要求。零部件在進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)中的電壓法傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)試時(shí)還具有很多問(wèn)題，對(duì)傳導(dǎo)騷擾電壓的測(cè)試實(shí)質(zhì)、騷擾電壓結(jié)果的分析、針對(duì)性的整改抑制措施，還需要更深刻的認(rèn)識(shí)。

1 傳導(dǎo)騷擾電壓測(cè)試的布置

國(guó)標(biāo)GB/T 18655-2010規(guī)定了進(jìn)行汽車零部件電壓法傳導(dǎo)騷擾測(cè)試時(shí)的布置，根據(jù)零部件在車內(nèi)的安裝形式有所差異，圖1給出了在電源回線遠(yuǎn)端接地時(shí)的布置簡(jiǎn)圖。

試驗(yàn)時(shí)，被測(cè)設(shè)備置于絕緣支撐上，絕緣支撐的厚度為(50±5)mm；被測(cè)設(shè)備與人工電源網(wǎng)絡(luò)的距離為(200～400)mm；對(duì)于標(biāo)稱電壓為12 V的零部件，蓄電池電壓為(12～14)V，對(duì)于標(biāo)稱電壓為24 V的零部件則為(24～28)V。接收機(jī)通過(guò)同軸電纜與人工電源網(wǎng)絡(luò)上的測(cè)試端口相連，分別測(cè)試電源正極線和回線的傳導(dǎo)騷擾電壓，未與測(cè)試接收機(jī)相連的人工電源網(wǎng)絡(luò)端應(yīng)接50 Ω匹配阻抗。

圖1 零部件電壓法傳導(dǎo)騷擾測(cè)試布置簡(jiǎn)圖

2 電壓法傳導(dǎo)騷擾測(cè)試分析

人工電源網(wǎng)絡(luò)對(duì)于測(cè)試傳導(dǎo)騷擾具有重要的作用，用于隔離騷擾電壓和提供統(tǒng)一的測(cè)試阻抗[2]，圖2為其原理圖。

圖2 人工電源網(wǎng)絡(luò)電路原理圖

測(cè)試時(shí)，同軸電纜并接于1 kΩ的電阻之間，由于同軸電纜的特征阻抗以及接收機(jī)的輸入阻抗均為50 Ω，故并聯(lián)后的等效阻抗約為50 Ω，電壓法傳導(dǎo)騷擾測(cè)試的實(shí)質(zhì)為該并聯(lián)阻抗上的騷擾電壓值。

傳導(dǎo)測(cè)試時(shí)，被測(cè)設(shè)備為傳導(dǎo)騷擾源，被測(cè)設(shè)備通過(guò)電源線向外傳導(dǎo)發(fā)射騷擾，同時(shí)由于接地金屬平面的存在，使得被測(cè)設(shè)備與金屬平板之間存在分布電容，亦為傳導(dǎo)騷擾提供了傳導(dǎo)發(fā)射的路徑。圖3給出了電路示意圖。

圖3 電壓法傳導(dǎo)騷擾測(cè)試布置電路示意圖

圖中：C1為被測(cè)設(shè)備與接地金屬板的分布電容，0.1 μF電容和50 Ω電阻串聯(lián)為人工電源網(wǎng)絡(luò)的等效簡(jiǎn)化電路圖。從圖中可知：傳導(dǎo)干擾存在多條路徑，如電源線、人工電源網(wǎng)絡(luò)和接地金屬平板構(gòu)成了傳導(dǎo)發(fā)射路徑，電源正極線、接地金屬板、電容C1亦構(gòu)成了傳導(dǎo)發(fā)射路徑。

被測(cè)設(shè)備使用兩根電源線供電，且置于金屬接地平板上。理論上，被測(cè)設(shè)備傳導(dǎo)騷擾發(fā)射的路徑有兩種可能：一種是為被測(cè)設(shè)備供電的兩根導(dǎo)線分別作為往返線傳輸騷擾，亦稱為差模；一種為兩根電源線為騷擾傳輸曲線，分布電容和接地平板為騷擾提供返回路徑，稱為共模[3]。騷擾電流流過(guò)人工電源網(wǎng)絡(luò)，產(chǎn)生騷擾電壓。若令電源正極線的騷擾電流為I1，電源回線的騷擾電流為I2，則騷擾電流的共模分量可以表示為：

騷擾電流的差模分量可以表示為：

圖4給出了騷擾電流共模分量和差模分量的示意圖。

圖4 共模分量與差摸分量電流示意圖

圖中：IDM表示差模電流分量，ICM表示共模電流分量。

3 傳導(dǎo)騷擾抑制措施

對(duì)傳導(dǎo)騷擾的抑制，可以采取加騷擾抑制磁環(huán)、旁路電容、共模電感等措施。不同措施針對(duì)不同的騷擾分量，且與抑制措施具體的實(shí)施方式有關(guān)。

(1)騷擾抑制磁環(huán)

騷擾抑制磁環(huán)是抑制傳導(dǎo)騷擾的有效措施，在其工作頻段可以表現(xiàn)出電阻特性和電感特性。電阻特性通過(guò)對(duì)傳導(dǎo)騷擾進(jìn)行消耗抑制傳導(dǎo)騷擾，電感特性通過(guò)對(duì)傳導(dǎo)騷擾進(jìn)行反射抑制傳導(dǎo)騷擾。騷擾抑制磁環(huán)若施加于電源正極線和回線，將抑制傳導(dǎo)騷擾共模分量；若單獨(dú)加于電源正極線或回線，將抑制傳導(dǎo)騷擾差模分量。

(2)旁路電容

旁路電容通過(guò)對(duì)傳導(dǎo)騷擾進(jìn)行旁路，改變傳導(dǎo)騷擾的傳播路徑達(dá)到對(duì)傳導(dǎo)騷擾的抑制。旁路電容可加于電源正極線和回線之間，對(duì)傳導(dǎo)騷擾差模分量進(jìn)行抑制。

(3)共模電感

共模電感通過(guò)對(duì)傳導(dǎo)騷擾的反射來(lái)達(dá)到抑制傳導(dǎo)騷擾的目的，串接于電源正極線和回線上，對(duì)傳導(dǎo)騷擾的共模分量進(jìn)行抑制。

由于電源線傳導(dǎo)騷擾可能同時(shí)存在共模分量和差模分量，兩種分量的騷擾性質(zhì)有所不同，進(jìn)行騷擾抑制時(shí)應(yīng)采用對(duì)應(yīng)的措施。

4 實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果

為驗(yàn)證以上分析結(jié)果的正確性和騷擾抑制措施的有效性，下面給出了一款電池管理系統(tǒng)(Battery Manage System，BMS)的傳導(dǎo)騷擾電壓測(cè)試超標(biāo)后的整改過(guò)程，測(cè)試地點(diǎn)為重慶車輛檢測(cè)研究院有限公司半電波暗室。

按照國(guó)標(biāo)GB/T 18655-2010中的電壓法對(duì)BMS進(jìn)行傳導(dǎo)騷擾測(cè)試，在150 kHz～1.8 MHz頻段內(nèi)，平均值檢波傳導(dǎo)騷擾測(cè)試超標(biāo)，測(cè)試結(jié)果如圖5所示。

圖5 原始測(cè)試結(jié)果和加去耦電容后傳導(dǎo)騷擾電壓測(cè)試結(jié)果

對(duì)BMS進(jìn)行整改，在BMS 內(nèi)部PCB控制板電源線上加去耦電容，測(cè)試結(jié)果如圖5所示。

對(duì)比兩次測(cè)試結(jié)果，傳導(dǎo)騷擾得到了明顯的抑制，同時(shí)表明傳導(dǎo)騷擾中存在差模分量。但是測(cè)試結(jié)果依然超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)3的平均值限值，還需要進(jìn)一步的騷擾抑制措施。

針對(duì)可能存在的傳導(dǎo)騷擾共模分量，在BMS電源正極線和回線上加騷擾抑制磁環(huán)，測(cè)試結(jié)果如圖6所示。

圖6 加去耦電容和騷擾抑制磁環(huán)后傳導(dǎo)騷擾電壓測(cè)試結(jié)果

測(cè)試結(jié)果合格，表明傳導(dǎo)騷擾存在共模分量，且抑制措施有效。

5 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)國(guó)標(biāo)GB/T 18655-2010的零部件傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)試進(jìn)行了分析，指出了傳導(dǎo)干擾的共模分量和差模分量及對(duì)應(yīng)的抑制措施。最后，還給出了應(yīng)用于某款新能源汽車的BMS傳導(dǎo)騷擾整改過(guò)程，驗(yàn)證了分析結(jié)論的正確性以及抑制措施的有效性，表明文中的結(jié)論和抑制措施對(duì)指導(dǎo)汽車零部件的電磁兼容設(shè)計(jì)具有一定的參考意義。

【1】GB/T 18655-2010 車輛、船和內(nèi)燃機(jī) 無(wú)線電騷擾特性 用于保護(hù)車載接收機(jī)的限值和測(cè)量方法[S]．

【2】CLAYTON R P.Introduction to Electromagnetic Compatibility[M].2nd ed.Hoboken:John Wiley & Sons,Inc，2006:379-380.

【3】鄭軍奇.EMC電磁兼容設(shè)計(jì)與測(cè)試案例分析[M].2版.北京：電子工業(yè)出版社，2010：17-18.

Analysis and Suppression Method for Conducted Disturbance Voltage of Auto Components

CAO Zhong1,2, LIU Qingsong1,2, QIN Yanming1,2, LI Bin1,2, ZHAI Jianpeng1,2

(1.Chongqing Vehicle Test & Research Institute, Chongqing 401122, China; 2.Chongqing EMC

According to the voltage method emission test in national standard GB/T 18655-2010, the characteristics of the conducted disturbance was analyzed.It was pointed out that the conducted disturbance was comprised common mode component and differential mode component, and corresponding suppression methods were given respectively. The conducted disturbance rectification of a battery manage system was described to validate the analysis correctness and validity of the suppression methods.

Conducted disturbance；Suppression methods；EMC

2016-09-13

港澳臺(tái)科技合作專項(xiàng)(2013DFH70060)

曹鐘(1988—)，男，助理工程師，從事汽車電磁兼容測(cè)試與研究工作。E-mail：caozhong@cmhk.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2016.12.013

U461.3

B

1674-1986(2016)12-054-03