汽车电器电磁干扰分析及解决方案

30电工电气电工电气(2009No.3)汽车电器电磁干扰分析及解决方案陆志全(常州机电职业技术学院，江苏常州213164)LUZhi-quanAnalysisandSolutionsofElectromagneticInterferenceforAutomotiveElectricApparatusAbstract:Analysiswasmadetoelectromagneticinterferencecausedbyignitionsystem,variouskindsofmotors,powersupply,cir-cuitsandstaticelectricityinsideofautomobileandexternalelectromagneticdisturbanceproblems.Variouscapacitorsandspecifiedsup-pressersweremountedinthepowersupplylinetosolvetheaboveelectromagneticdisturbance,thustheelectricbalanceperformanceatsteeringwasimproved,electromagneticsparkrestrainedeffectivelytoattainthepurposeofrestrainelectromagneticdisturbance.Keywords:automotiveelectricapparatus;electromagneticinterference;restraint（ChangzhouInstituteofMechatronicTechnology,Changzhou213164,China）作者简介：陆志全(1962-)，男，高级工程师，本科，从事电机与电器专业的教学与研究工作。摘要：分析了汽车内部的点火系统、各种电机、电源、线路以及静电等引起的电磁干扰，以及外部电磁骚扰的问题。提出了通过在电源线上加装不同的电容组合和通过加装不同规格的抑制器等措施来解决以上电磁骚扰，可以提高换向时的电平衡性能，有效抑制电磁火花的产生，达到抑制电磁骚扰的目的。关键词：汽车电器；电磁干扰；抑制中图分类号：TM52文献标识码：B文章编号：1007-3175(2009)03-0030-03电磁干扰EMI(ElectromagneticInterference)有传导干扰和辐射干扰两种。传导干扰是指通过导电介质把一个电网络上的信号耦合(干扰)到另一个电网络[1]。辐射干扰是指干扰源通过空间把其信号耦合(干扰)到另一个电网络。汽车高压点火系统会产生强电磁波，对电磁环境造成污染，经过多年的努力，市场上运行的汽车基本实现了点火脉冲电磁噪声的有效控制。但是随着汽车技术的不断发展和汽车电子电器设备的大量应用，汽车电磁干扰的特点及其产生的影响有了巨大的变化。汽车电磁干扰源不单纯是点火系统产生的，大量应用于车辆上的各种电子电器设备也同样产生电磁干扰。本文就汽车电子电器电磁干扰的产生及解决方案进行探讨。1汽车电器电磁干扰现象分析汽车电磁干扰源有：高压点火系统、各种感性负载(电机类电器部件)、各种开关类部件(继电器)、各种电子控制单元ECD以及各种灯具、无线电设备等[2]。1.1汽车内部过电压干扰1.1.1负载突变过电压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100μs，衰减时间100～200ms。这种过电压会对电子产品产生较大的冲击。1.1.2电感负载断开过电压汽车内使用的各种电机都属于电感负载。如雨刮器驱动电机、汽车启动电机、暖风电机等。当感性负载的供电突然切断时，会产生反向瞬变电压，线圈初始储能越大，产生反向瞬变过电压越高。一般为-100V至-300V，持续时间为0.2～0.5s。这种过电压干扰不具有连续性，偶尔出现会对电子模块造汽车电器电磁干扰分析及解决方案31电工电气电工电气(2009No.3)成严重影响，甚至损坏。如某种高档轿车，具有高性能的ABS系统，样车在一次实况测试中遇到下雨，启动雨刮器，在行驶时ABS(防滑煞车系统)突然失去了作用。国内生产的一种微型汽车，其发电机调节器经常出现被击穿损坏的现象，经查当雨刮器工作时这种现象就容易发生。1.1.3互耦式瞬态电压汽车的电线遍及全车，这些长长的导线往往紧扎。无屏蔽的配线及搭铁阻抗很自然会产生准静态感性或容性耦合和阻性耦合。当相邻导线中的点位有阶梯变化时，就会通过线间的电感和电容产生耦合。电源线中的瞬变干扰会耦合到信号线或控制线中，对车内发动机控制器(ECU)等电子模块产生影响。1.2无线电干扰电压汽车上无线电干扰电压来自两个方面：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电磁场中，如固定的短波发射站以及移动电话电磁干扰等。汽车内部的干扰源主要是汽车电气系统中的各种瞬变电脉冲、电器触头和火花塞间隙之间的火花、车轮与地面以及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器造成干扰，也会通过电磁发射对周围环境中的其它电器造成干扰。1.3静电放电静电放电定义为：正负电荷的中和以及由此在两个存在电势差的载体间产生的电荷流动。有三种途径可使一个实体积累起静电荷：摩擦、感生以及存储电荷转移。感生以及存储电荷转移的描述已经为大家熟悉。对于摩擦生电现象虽不陌生，但对它的定量描述不能得到满意的结果。通过摩擦产生电荷积累的机制为：两种不同的材料首先接触，接着分开。这两种不同的材料可以是导体和绝缘体、绝缘体和绝缘体。决定两种不同材料接触后的电荷积累量的决定因素是它们不同的电子溢出功Ф(费米能级)。金属电子溢出功的典型值处于1～6.5eV之间。当把两种溢出功不同的材料放在一起时，电子从低溢出功(大介电常数)的材料流到高溢出功(小介电常数)的材料。电荷转移建立起从几毫伏到几伏的静电场后，达到一个平衡。常用材料的相对介电常数εr可以查阅有关资料。A.Coehn在1898年得出两种不同材料电荷积累的2条规则：(1)介电常数大的物质带正电荷，介电常数小的物质带负电荷；(2)积累电荷量的大小与介电常数有关。针对摩擦生电，M.Aguet给出了材料表面昀大电荷密度的经验公式：σs=1.5×10-5(εr1-εr2)。抑制电磁骚扰两种不同材料实体接触或经过摩擦后，电荷积累已经达到平衡。接着将它们分开，此时单个实体上保留的电荷量取决于材料或表面的异电性。表面电阻越大，通过昀后的接触点中和的电荷就越少。这个中和放电过程的时间常数为τ=RC，当分离的速度很快，以至其所用时间t＜＜τ，通过昀后接触点中和的电荷就很少。带等量异性电荷的两个实体构成了电容器的两个极，距离越大，电容越小，根据公式U=Q/C，则两个实体间电位差越大。某些情况下，电位差如果达到空气击穿电压EBD≈30kV时，就会发生击穿火花放电。2汽车电器电磁干扰的解决方案2.1在电源线上加装吸收和抑制电容通过在电源线上加装不同的电容组合(电容量在几十至几百微法之间)吸收和抑制电磁骚扰，使骚扰源通过导线对外界的影响降到昀小。表1、表2为上海大众轿车前灯光调节器加电磁抑制前后的骚扰电压值比较。2.2为电机的骚扰源提供一个低阻抗的通路抑制通过加装不同规格的抑制器，补偿电机由于延表1上海大众轿车前灯光调节器未经电磁抑制的骚扰电压值频率/MHz电磁骚扰/dBμV频率/MHz电磁骚扰/dBμV0.426.730.267.32.930.234.064.84.331.167.864.57.337.085.866.813.341.196.069.018.746.2108.065.4表2上海大众轿车前灯光调节器经电源线路电磁骚扰抑制后的骚扰电压值抑制电容/μF65MHz骚扰电压昀大值/dBμV抑制值108MHz骚扰电压昀大值/dBμV抑制值未加抑制64.5266.780.2256.84-7.6868.76+1.980.0158.89-5.6370.11+3.330.1054.52-10.0070.34+3.56汽车电器电磁干扰分析及解决方案32电工电气电工电气(2009No.3)迟换向而造成的影响，提高换向时的电平衡性能，有效抑制电磁火花的产生，达到抑制电磁骚扰的目的。2.3消除静电放电危害措施1)建立完善的屏蔽结构，通过搭铁的金属壳将静电荷释放到地；2)内部电路与金属壳的连接采用一点搭铁方式；3)增加诸如硅瞬变电压吸收二极管(STVS)之类的快速保护元件，将高压电荷泄放到地；4)印刷电路板设计中增加保护环带，将手拔插线路板的电荷通过昀短的路径泄放到地。3结语汽车电器电磁干扰问题的解决，采用好的电磁兼容性设计是一个有效的方法，国际上应用日益广泛的电磁兼容性预测技术为改善系统的电磁兼容性设计提供了有效支持。对于小型(微型)直流电机所产生的电磁骚扰的抑制，首先要改善电机的换向条件，将电机的换向火花控制在昀小的范围内，使电机本身电磁骚扰下降到昀低程度，然后再根据电磁骚扰测试结果(这里没有述及)，采用适当的抑制手段达到昀佳效果。参考文献[1]GJB72-85电磁干扰和电磁兼容性名词术语[S].[2]廖传书，戴焯.汽车电子产品的电磁环境[J].汽车电器，1995(3)：7-9.收稿日期：2008-09-02械偏移补偿量，而后利用QEP电路所计脉冲数再加上此机械偏移补偿量，即可推出此时电动机转子相对于起始状态的位置。3M/T法测速误差举例分析如采用的光电编码器线数为2500，交流永磁同步电机的额定转速为2500r/min，则经DSP的QEP单元4倍频后的电动机每转一周QEP记录的脉冲数为10000，而电机在额定转速下转一周所需时间为：则通用定时器T2记录1个脉冲所需的时间为2.4μs。利用上述M/T法设定采样时间为0.5ms，则所记的值大约为208，即m2=208，则通过参考文献[3]所提供的相对误差计算公式有：4结语本文通过对参考文献[2]中提出的利用DSP对编码器测量位置与角速度方法进行了一定的改进，(4)T==0.024(s)60n(5)1m2+1ε==0.4%在实验中通过TMS320F2812与IRMCK201相结合为电动机进行控制，较通常以IRMCK201作为编码器脉冲接收端后再以DSP按照一定的格式读入，显然通过DSP的QEP电路读入编码器数值更加快捷，同时由于QEP电路中使用了较高的计数频率与DSP内设计使用的抛物线预估与线性外推相结合[3]，在满足IRMCK201速度环刷新前将转速反馈信息送入的条件下，较通过单片机读取速度与位置信息更加准确，这为以后在实验中利用DSP做更加复杂的脉冲比较位置环逻辑控制算法时得到从编码器读入的更精确更快捷的脉冲数值信息提供了条件，同时也为今后对电动机位置运动控制获得更高的精度提供了必要的保证。参考文献[1]李欣，李波，万荣飞.高性能数字运动控制芯片IRMCK201功能及其应用[J].国外电子元器件，2005(4).[2]张刚，姬宣德.基于DSP控制器的M/T测速方法研究[J].甘肃科技，2008，24(14).[3]孙和平，白晶.M/T法高精度数字测速器参数选择及设计[J].电气传动自动化，1998，20(4)：82-85.收稿日期：2008-10-23(上接第19页)汽车电器电磁干扰分析及解决方案