寶馬車總線系統(tǒng)基礎(chǔ)(四)

◆文/山東 劉春暉

(接2020年第9期)

六、電磁兼容性(EMV)

為便于理解電磁兼容性，我們首先回憶一下線圈的工作原理。

1.電磁兼容性

如圖39所示，每個載流導(dǎo)體周圍都有一個電磁場。將電導(dǎo)體纏繞成一個線圈時，就會在線圈內(nèi)部形成磁力線。磁力線平行分布且密度相同。這種磁場稱為均勻磁場。磁力線離開的地方為北極，進(jìn)入的地方為南極。如果一個電氣設(shè)備處于線圈附近，則該設(shè)備的功能可能會受影響。

圖39 線圈的磁場

電磁兼容性意味著，即使設(shè)備位于電磁場中，設(shè)備仍能可靠工作。另外也不允許該設(shè)備自身產(chǎn)生的電磁場干擾其周圍的其他設(shè)備。電磁波可能在電路中產(chǎn)生電壓或電流。電磁波較輕時可能導(dǎo)致電視出現(xiàn)的干擾噪音，較重可能導(dǎo)致電子設(shè)備失靈。為防止干擾心臟起搏器，許多醫(yī)院禁止使用移動電話。在飛機(jī)上也禁止使用移動電話。即使在車輛中(從1995年款起)，也只有按制造商規(guī)定安裝了外部天線后才允許使用移動電話。

電磁場不一定僅存在于電氣設(shè)備內(nèi)部，它也可能擴(kuò)展到電氣設(shè)備外。這意味著電磁場可能侵入其他電氣設(shè)備內(nèi)并影響其功能。尤其是用于無線電通信的電氣設(shè)備(例如移動電話或無線電接收設(shè)備)，這些設(shè)備需要發(fā)射電磁場(移動電話)或電磁場侵入(無線電接收設(shè)備，移動電話)。

除了移動電話和收音機(jī)外，現(xiàn)代車輛中還安裝了其他無線電接收設(shè)備，例如導(dǎo)航系統(tǒng)、帶有無線電遙控器的中央門鎖、電視接收器等。因此車輛中的抗無線電干擾顯得越來越重要。

開發(fā)和設(shè)計車輛電氣組件時，已經(jīng)考慮到電氣組件必須滿足有關(guān)電磁兼容性的規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)。例如，控制單元通常安裝在金屬外殼內(nèi)。因此一方面可以使外部電磁場無法或幾乎無法侵入控制單元內(nèi)部。另一方面也可以使控制單元產(chǎn)生的向外輻射降至最低。此外還有其他措施，例如導(dǎo)線屏蔽或雙絞線(K-CAN)。雙絞線能夠降低導(dǎo)線之間的相互影響。在此使用線圈和電容器作為針對電機(jī)的抗干擾元件。

2.靜電放電ESD

隨著人們對舒適性和功能性要求的不斷提高，電子組件的數(shù)量也在不斷增加。由于將多個控制單元和模塊集成到一個部件內(nèi)，例如車輛通信計算機(jī)內(nèi)，因此將來只需更換各電子部件。更換電子組件時必須特別注意靜電放電ESD(Electronic Static Discharge)，靜電放電ESD警告提示牌如圖40所示。不遵守安全規(guī)定可能會造成車輛內(nèi)其他電子組件損壞。靜電放電ESD(Electronic Static Discharge)是由于電勢差突然間補(bǔ)償而產(chǎn)生的。

圖40 ESD警告提示牌

3.電磁兼容物理學(xué)基礎(chǔ)

(1)靜電電荷的產(chǎn)生

每種材料都包含電荷載體。如果兩個物體相互摩擦，則兩個物體表面的許多部位同時接觸和分離。接觸過程中自由電荷載體(電子)從一個物體表面轉(zhuǎn)移到另一個物體上，由于分離過程造成電子無法補(bǔ)償，因此物體表面產(chǎn)生靜電。

每個靜電荷都有進(jìn)行補(bǔ)償?shù)内厔?。但是其前提是電流能夠流動。一個導(dǎo)體接地后會立即補(bǔ)償其電荷。如果一個導(dǎo)體帶有絕緣層或物體不導(dǎo)電，則電荷可以保持較長時間。

靜電電荷可以通過摩擦(兩個材料接觸和分離)或感應(yīng)(電磁場影響材料)過程產(chǎn)生。靜電電荷也可以通過以下情況產(chǎn)生。

①在絕緣地板材料上行走時；

②從椅子上站起時；

③通過噴氣發(fā)動機(jī)排氣；

④通過空氣與車輛摩擦；

⑤接觸塑料材料時；

⑥從塑料套中取出紙張時。

(2)摩擦產(chǎn)生靜電電荷

接觸過程中，原本為電中性的材料釋放電子(正電荷)或得到電子(負(fù)電荷)。根據(jù)材料情況，與地電勢相比電荷可以為正或為負(fù)。物體分離后電子無法迅速通過絕緣體返回并滯留在一側(cè)。多次反復(fù)接觸和分離時電壓升高。

如圖41所示，電荷造成人體電壓升高，根據(jù)材料類型和環(huán)境條件，電壓最高可提高到40kV。根據(jù)所穿鞋的類型、地板材料和空氣濕度，人體電荷電壓可能達(dá)到約30kV。電壓很大程度上取決于空氣濕度。濕度越低越容易達(dá)到最高電壓。隨著濕度的提高電壓會明顯下降。

圖41 電荷造成人體電壓升高

(3)靜電放電

最著名的靜電放電現(xiàn)象是閃電。除此以外還包括例如在商場觸摸衣帽架時或打開車門時(圖42)或在干燥天氣的時候脫毛料衣物時。靜電放電時可產(chǎn)生相當(dāng)高的電流。即使在感知閾值(＜3 000V)以下，突然性靜電放電也可能造成部件損壞或損毀，超過100V時就可能會造成部件損壞。

圖42 接觸車輛時的靜電放電現(xiàn)象

如圖43所示，人體放電是在帶電的人體與部件之間發(fā)生的放電現(xiàn)象。物體放電是在帶電物體與部件之間發(fā)生的放電現(xiàn)象。另一種情況是帶電部件與物體之間或在連接到導(dǎo)線束內(nèi)時的靜電放電。

圖43 人體向部件靜電放電

部件向車輛導(dǎo)線束的物體放電對其他部件構(gòu)成的危險最大。例如，未按規(guī)定將控制單元放置在原裝包裝內(nèi)存放或運(yùn)輸時，有產(chǎn)生靜電的危險。將控制單元連接在導(dǎo)線束上時，控制單元向?qū)Ь€束釋放靜電。此時產(chǎn)生的高電壓可能造成控制單元內(nèi)的部件損壞或損毀。

4.靜電保護(hù)措施

為降低接觸電子部件時存在的靜電放電危險，必須采取必要的措施：工作開始前避免人體和材料產(chǎn)生靜電并按規(guī)定對帶電的人體和物體進(jìn)行靜電放電。為此需要以下輔助工具：①防護(hù)服和可導(dǎo)電的工作鞋；

②使用不易產(chǎn)生靜電的工作面(工作臺、桌子等)；③防靜電地板；④接地或可導(dǎo)電的存放位置；⑤將部件存放在原裝包裝內(nèi)；⑥部件的運(yùn)輸；⑦部件的處理。

(1)防護(hù)服

進(jìn)行電子部件方面的工作時，必須穿防靜電防護(hù)服(圖44)。這樣可以大大降低人體產(chǎn)生靜電的風(fēng)險。防護(hù)服包括寶馬固定的工作上衣、工作褲和帶有可導(dǎo)電鞋底的工作鞋。工作服材料應(yīng)有較高的含棉量(＞50%)。

圖44 ESD工作服

(2)帶有接地點的工作臺

工作臺的工作面應(yīng)采用沒有噴漆的木制材料決不能使用PVC或金屬作為工作面材料。工作臺的金屬部件必須接地。與防靜電墊接地導(dǎo)線連接的接地點必須牢固連接到地上。接地點必須與一個已接地水管或暖氣管的純金屬部位連接。也可以用一個金屬銷釘擰入墻面或地面(不要使用塑料銷釘)。也可以通過專用適配器連接到插座的地線。

(3)防靜電專用工具

如圖45所示，專用工具套件(12 7 192)防靜電墊用于放置電子部件。防靜電墊由可導(dǎo)電的塑料制成。防靜電墊通過一條接地線與接地點連接。腕套通過第二條導(dǎo)線與防靜電墊連接。另有一條導(dǎo)線用于部件外殼接地。

如圖46所示，從包裝中取出部件之前，工作人員必須先戴好腕套，以排除自身靜電。將電子部件放到防靜電工作墊上并接好接地導(dǎo)線。按維修說明更換電子部件。必須遵守ESD保護(hù)措施。運(yùn)輸模塊(圖47)和控制單元時必須注意，只允許裝在原裝包裝內(nèi)運(yùn)輸。決不允許將部件置于非防靜電保護(hù)包裝的PE袋(聚乙烯)內(nèi)運(yùn)輸。

圖45 專用工具套件(12 7192)

圖46 只有佩戴腕套時才能進(jìn)行工作

圖47 運(yùn)輸時正確和錯誤的處理方式

(4)防靜電地板

在處置電子部件的房間內(nèi)必須配備防靜電地板。在鋪有非防靜電地毯的辦公室內(nèi)產(chǎn)生靜電的危險非常大。因此不應(yīng)在此進(jìn)行電子設(shè)備方面的工作。

(5)存儲位置和存儲

必須部件置于原裝包裝內(nèi)和專用容器內(nèi)，然后放在導(dǎo)電且接地的架子上。更換下來的舊部件(索賠件)也必須置于原裝包裝內(nèi)存儲，以便日后進(jìn)行質(zhì)量檢查能夠確定部件失靈的真正原因。

注意：從包裝中取出時手指不要接觸到插頭線腳或半導(dǎo)體部件。 (未完待續(xù))