汽車電子裝置可靠性設(shè)計(jì)

1、汽車電子研究室規(guī)格嚴(yán)格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽車工程學(xué)院汽車工程學(xué)院羅念寧2007.8HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY汽車電子研究室 第2頁(yè)汽車電子裝置的應(yīng)用環(huán)境可歸為三大類：-大氣物理環(huán)境-機(jī)械物理環(huán)境-電磁物理環(huán)境本章旨在分析汽車電于裝置的應(yīng)用環(huán)境及其可靠性設(shè)計(jì)和試驗(yàn)。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY汽車電子研究室 第3頁(yè)影響汽車電子裝置工作性能的大氣物理環(huán)境主要有：-溫度、濕度、浸水、結(jié)冰、鹽霧、塵沙及大氣

2、壓等其中最普遍、危害最大且無法回避的是溫度、濕度環(huán)境。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY汽車電子研究室 第4頁(yè)-汽車電子裝置的溫度、濕度既受車外大自然的氣候影響，也因其在汽車內(nèi)所處的工作部位不同而存在極大的差異。其最低溫度就是外部的自然溫度，而最高溫度則因其工作部位及工作狀態(tài)的不同而不同。-自然界的溫度，因季節(jié)和地城的不同有很大的差別。我國(guó)的自然溫度最高為50，最低為-40；世界上有記錄的自然溫度最高為57，最低達(dá)-83。-在汽車內(nèi)部，由于發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)的熱排放、觸點(diǎn)電火花、機(jī)械接觸件的熱磨擦、電子的熱運(yùn)動(dòng)等諸多因素，使得車內(nèi)電子裝置的工作溫度總是高于車外的自然溫度，且

3、外部溫度越高，散熱越困難，車內(nèi)的溫度也就越高。-汽車內(nèi)各部位的溫度還與車型及車況有關(guān)。例如，汽車爬坡或加速時(shí)，溫度升高；汽車怠速時(shí)，溫度降低。若汽車停車時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)仍以怠速運(yùn)轉(zhuǎn)，如果冷卻系工作不良，發(fā)動(dòng)機(jī)室的溫度將迅速上升到比行車時(shí)還要高。車內(nèi)溫度變化最快的是汽車剛起動(dòng)的一段時(shí)間(約十幾分鐘)，溫度急劇上升。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY汽車電子研究室 第5頁(yè)- 顯然汽車內(nèi)各部位的溫度和濕度是個(gè)隨機(jī)變量，各類車的車內(nèi)最高溫度也沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。但是，為了規(guī)范汽車電子裝置的溫度和濕度環(huán)境，作為耐環(huán)境設(shè)計(jì)和試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，各行業(yè)都頒布有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。表9-1 日本JASO提供的汽車

4、各不同工作部位最高測(cè)試溫度極限值位置溫度位置溫度儀表板上部110儀表板表面650行李架上部110排氣歧管表面140發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水120交流發(fā)電機(jī)進(jìn)氣流130發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油150分電路表面135變速器闊沿油150盤式制動(dòng)器襯墊500進(jìn)氣歧管表面120JASO(日本汽車標(biāo)準(zhǔn)組織)HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY汽車電子研究室 第6頁(yè)表9-2 美國(guó)SAE汽車各不同工作部位最高測(cè)試溫度極限值發(fā)動(dòng)機(jī)室阻風(fēng)門殼體240車外通常133排氣歧管649車內(nèi)儀表板85進(jìn)氣歧管121車頂113機(jī)罩防火壁141地板85底盤絕緣部84后貨臺(tái)104熱源附近121行李箱通常85最高溫部位177SAE(

5、美國(guó)汽車工程師協(xié)會(huì))HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY汽車電子研究室 第7頁(yè)- 溫度和濕度對(duì)電子產(chǎn)品的影響通常都不是獨(dú)立的。其結(jié)果都是使得絕緣破壞、機(jī)件腐蝕和材料性能劣化，產(chǎn)品的工作可靠性降低，老化速度加快。在一定的溫度下，濕度越大，即水分子越多，對(duì)電于產(chǎn)品的浸蝕越嚴(yán)重；在一定的濕度下，溫度越高，水分子活化能量越大.對(duì)電子產(chǎn)品的滲透力越強(qiáng)。- 對(duì)于不同活化能量的電子產(chǎn)品，溫度引起名化速度可由阿尼斯(Arrhenius)動(dòng)力學(xué)平衡方程式估算：)/exp(bTECt t老化時(shí)間(h)；C老化常數(shù)，C2.3x104;c活化能量(電子伏特)；b波爾茲曼常數(shù)，b=1.38x10

6、-3(JK)；T絕對(duì)溫度(K)HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY汽車電子研究室 第8頁(yè)電子產(chǎn)品的老化時(shí)間隨溫度T的升高而減小，即是說：溫度越高，老化的速度越快。表給出的是在不同活化能量E下，溫度由T0(此溫下設(shè)定老化速度為1)上升到T1時(shí)，產(chǎn)品老化(以相對(duì)于T0時(shí)老化速度的倍數(shù)計(jì))加速情況。由表可知，水分子活化能量越大，電子產(chǎn)品的工作溫度越高，產(chǎn)品老化速度的加速倍數(shù)就越大。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY汽車電子研究室 第9頁(yè)表給出的是溫度變化時(shí)，水分子幾個(gè)主要特性參數(shù)變化情況，其中與產(chǎn)品老化有關(guān)的是內(nèi)擴(kuò)散系數(shù)。顯然，溫度越高，內(nèi)擴(kuò)散系數(shù)超

7、大，產(chǎn)品老化速度越快。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY汽車電子研究室 第10頁(yè)汽車電子裝置的溫度、濕度試驗(yàn)分室內(nèi)和室外兩種方式。- 室內(nèi)試驗(yàn)是一種模擬環(huán)境試驗(yàn)，即根據(jù)產(chǎn)品工作的溫度、濕度變化范圍，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)連續(xù)工作于最高溫度、濕度下和最低溫度、濕度下，以測(cè)試產(chǎn)品的耐溫度、濕度的性能。- 汽車電子產(chǎn)品在裝車前都必須按相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)試方法進(jìn)行這項(xiàng)試驗(yàn)，- 室外試驗(yàn)是電子裝置裝車后進(jìn)行的工況環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)。這種環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)可根據(jù)汽車溫濕度環(huán)境要求，選擇相應(yīng)的寒帶、熱帶的野外進(jìn)行。為了規(guī)范測(cè)試，各國(guó)都建有專用的低溫、高溫試驗(yàn)場(chǎng)。例如美國(guó)通用汽車公司(GM)在加拿大的安大

8、略省巴斯加市設(shè)置有低溫試驗(yàn)場(chǎng)，而在美國(guó)亞利桑那州的麥塞市設(shè)置有高溫沙漠試驗(yàn)場(chǎng)，能提供比較規(guī)范的野外工況試驗(yàn)。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY汽車電子研究室 第11頁(yè)圖為美國(guó)SAE制定的一種室內(nèi)試驗(yàn)方案，試驗(yàn)最低溫度為-40，最高溫依受試產(chǎn)品在汽車內(nèi)工作部位按表9-2選??；濕度按相對(duì)濕度RH的百分比選取。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY汽車電子研究室 第12頁(yè)除溫度、濕度環(huán)境外，下列環(huán)境對(duì)汽車電子裝置也有明顯的影響。-浸水及結(jié)冰：汽車在雨天行駛或經(jīng)過水洼地段時(shí)，各部位會(huì)不同程度地被水浸濕。若是寒冷的冬季，浸濕部位很容易產(chǎn)生結(jié)冰。為檢驗(yàn)產(chǎn)品對(duì)

9、浸水及結(jié)冰的承受能力，應(yīng)進(jìn)行浸水及冰凍室內(nèi)模擬試驗(yàn)。-鹽霧：在沿海地帶，海風(fēng)中含有大量的鹽霧。在積雪地方有時(shí)為了防止結(jié)冰，在道路上撒鹽。汽車在這些地段行駛時(shí)，電子裝置將會(huì)受到鹽霧的侵蝕，為了檢驗(yàn)電于裝置受鹽霧侵蝕而拒腐蝕能力，應(yīng)在室內(nèi)對(duì)汽車電子產(chǎn)品進(jìn)行5鹽水噴霧試驗(yàn)。-塵沙：灰塵及風(fēng)沙會(huì)引起一些電器觸點(diǎn)接觸不良，沉積在元器件表面上的灰沙，吸濕后還會(huì)引起漏電現(xiàn)象。為檢驗(yàn)電子裝置對(duì)塵沙的承受能力，應(yīng)按產(chǎn)品工作部位的塵沙環(huán)境作相應(yīng)的風(fēng)沙模擬試驗(yàn)。-海拔高度：在高海拔地區(qū)，由于大氣壓降低，可能引起某些傳感器工作性能變壞。因而對(duì)包含有與大氣壓相關(guān)的傳感器的電子裝置，應(yīng)作高海拔試驗(yàn)或在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)予以考慮。

10、-油污：汽車內(nèi)的機(jī)油、汽油、黃油及大氣中的有害化學(xué)分子對(duì)電子裝置的侵蝕，會(huì)引起電子器件、導(dǎo)線、接插件腐蝕變質(zhì)，加速老化，應(yīng)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)及安裝時(shí)予以重視，采取一定的防范措施。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY汽車電子研究室 第13頁(yè)機(jī)械物理環(huán)境對(duì)汽車電子裝置的影響主要表現(xiàn)在汽車行駛過程中，由于路面不平及汽車起動(dòng)、加速、急剎車等原因，引起的振動(dòng)和沖擊。- 汽車電子裝置所承受的振動(dòng)及沖擊是隨機(jī)的，可用加速度g的均方根值來描述。- 汽車內(nèi)各不同部位所產(chǎn)生的振動(dòng)及沖擊強(qiáng)度不一樣，因而對(duì)不同部位的電子裝置的振動(dòng)試驗(yàn)條件也不一樣。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOL

11、OGY汽車電子研究室 第14頁(yè)表9-5是美國(guó)通用汽車公司推薦的振動(dòng)試驗(yàn)條件，可供參考。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY汽車電子研究室 第15頁(yè)振動(dòng)強(qiáng)度A越大，老化的速度越快，即振動(dòng)試驗(yàn)所需的老化時(shí)間t越小。振動(dòng)對(duì)汽車電于裝置可靠性的影響，一般可用下式表示bACt/1t老化時(shí)間：b正常數(shù)；C正溫度系數(shù)；A振動(dòng)強(qiáng)度或電壓值。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY汽車電子研究室 第16頁(yè)電磁物理環(huán)境是對(duì)汽車電子裝置最具威脅的工作環(huán)境，其主要原因是汽車電系存在著不穩(wěn)定的電源電壓、各種形式的電路瞬變過電壓及強(qiáng)輻射的電磁波等，對(duì)工態(tài)下的汽車電子裝置產(chǎn)生干擾

12、。 電源電壓異常電源電壓異常-工態(tài)下，汽車足靠蓄電池與發(fā)電機(jī)并聯(lián)供電，以標(biāo)稱電壓為12V的汽車電系為例，正常電壓一般為1016V，但是電源常出現(xiàn)超過此電壓范圍的異常電壓。當(dāng)部分虧電的蓄電池在低溫下起動(dòng)時(shí)，其端電壓可能降到7V左右。當(dāng)發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)器發(fā)生故障，激磁電流不經(jīng)過調(diào)節(jié)器而直接加到激磁繞組上時(shí)，可使發(fā)電機(jī)輸出電壓上升至18V。若此18V電壓對(duì)蓄電池充電，可能導(dǎo)致蓄電池電解液沸騰，蓄電池端電壓可能上升到70V以上。汽車在修理過程中，若誤將蓄電池極性接反，致使電路承受-12V電壓等。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY汽車電子研究室 第17頁(yè)- 對(duì)于上述這些異常電壓的出現(xiàn)

13、，要求汽車電子裝置不至被損壞，工作的可靠性不至受到嚴(yán)重影響。為此一方面要在電路設(shè)計(jì)上采取相應(yīng)措施，減少異常電壓出現(xiàn)，并限制其電壓波動(dòng)幅度；另一方面要提高電子裝置耐異常電壓能力，并在汽車電子裝置裝車前應(yīng)作異常電壓試驗(yàn)。- 表9-6是美國(guó)SAE推薦的異常電壓允許值。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY汽車電子研究室 第18頁(yè) 電路瞬變過電壓電路瞬變過電壓-汽車電系內(nèi)由于存在大量的電感元件，在換路瞬間，這種儲(chǔ)能元件所產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象會(huì)在部分電路中出現(xiàn)瞬時(shí)高電壓。這種瞬時(shí)電壓都具有脈沖性質(zhì)，且能量較大，可能導(dǎo)致部分電路功能失常，甚至使某些元器件永久性損壞。-電路瞬變過電壓的類

14、型很多，但可規(guī)范為發(fā)電機(jī)拋負(fù)載、電感負(fù)載斷路、激磁衰減及電磁耦合等四種方式，它們對(duì)電路形成的電壓沖擊亦具有式(9-2)所示的逆冪律性質(zhì)。-表9-7是SAE推薦的汽車電子產(chǎn)品耐這類瞬變過電壓的試驗(yàn)條件。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY汽車電子研究室 第19頁(yè) 電磁干擾（電磁干擾（EMIEMI）- 汽車電子裝置工態(tài)下除受上述異常電壓和瞬變電壓的干擾之外，還面臨看來自車內(nèi)外的各種電磁波的輻射干擾，它們也在不同程度地影響著電子裝置的正常工作。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY汽車電子研究室 第20頁(yè)現(xiàn)代汽車的車載電子裝置越來越多，汽車電系已成為強(qiáng)電

15、與弱電交叉、機(jī)械與電子一體化的典型產(chǎn)物，使得來自汽車內(nèi)、外的電磁噪聲對(duì)車載電子裝置形成電磁干擾。相對(duì)而言，車內(nèi)的電磁干擾源對(duì)車載電子裝置工作的可取性影響較大，本節(jié)特論述車內(nèi)幾個(gè)主要的干擾源形成機(jī)理及其特征。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY汽車電子研究室 第21頁(yè)- 來自汽車外部的電磁噪聲源主要有：雷電、雷達(dá)、電臺(tái)用無線電發(fā)射機(jī)、高壓輸電線的電暈放電、熒光燈的輝光放電、探照燈的弧光放電及其它車輛、飛機(jī)、艦船發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火等，這些噪聲源產(chǎn)生的電磁躁聲以電磁波的形式對(duì)汽車電系形成輻射干擾。- 來自汽車內(nèi)的電磁噪聲源主要有：發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火、各類開關(guān)觸點(diǎn)之間的間隙放電、電路瞬變、電磁

16、耦合及靜電放電等，這些噪聲源所產(chǎn)生的電磁噪聲。- 一部分在汽車電系內(nèi)通過導(dǎo)體及器件傳播，對(duì)車內(nèi)敏感的電子器件形成傳導(dǎo)干擾，另一部分向空間輻射，對(duì)車外的電磁環(huán)境產(chǎn)生污染。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY汽車電子研究室 第22頁(yè)汽車供電系存在著電源異常電壓，電路瞬變過電壓及開關(guān)觸點(diǎn)間隙火花放電等電磁干擾源，其中電路瞬變過電壓主要發(fā)生于發(fā)電機(jī)拋負(fù)載和發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)突然衰減時(shí)。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY汽車電子研究室 第23頁(yè)圖中發(fā)電機(jī)被等效為一個(gè)電感L和電動(dòng)勢(shì)E的串聯(lián)電路，負(fù)載則等效為支路電阻R1和R2并聯(lián)，發(fā)電機(jī)輸出電流RLI1+I2。設(shè)R

17、2為被拋的大負(fù)載，即R2I1。當(dāng)開關(guān)K突然斷開時(shí)，電路換路引起電流IL產(chǎn)生瞬變.在負(fù)載Rj上產(chǎn)生的過電壓為：發(fā)電機(jī)電樞統(tǒng)組上的感應(yīng)電流為： 發(fā)電機(jī)拋負(fù)載瞬變發(fā)電機(jī)拋負(fù)載瞬變- 發(fā)電機(jī)在正常工作時(shí)，若負(fù)載突然減小或完全無負(fù)載，則發(fā)電機(jī)由于輸出電流急劇下降，在發(fā)電機(jī)電樞繞紅上產(chǎn)生正向瞬變過電壓，其等效電路如圖9-2所示。tLeREREti121)(dttdiLuLl)(HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY汽車電子研究室 第24頁(yè)- 顯然，發(fā)電機(jī)拋負(fù)裁瞬變電壓UL，是一個(gè)正向指數(shù)脈沖電壓，其前沿較陡(約50100us)，后沿按指數(shù)規(guī)律下降，衰減時(shí)間約150350ms。- 拋負(fù)

18、載瞬變電壓的幅值主要決定于拋負(fù)載程度，即R1R2比值的大小，通?？蛇_(dá)75125V。- 最嚴(yán)重的拋負(fù)載瞬變發(fā)生于發(fā)電機(jī)滿載運(yùn)行時(shí)與蓄電池的連接斷開狀態(tài)下拋負(fù)載，此時(shí)電樞繞組上產(chǎn)生較大的能量泄放，對(duì)R1支路上的電子器件形成較強(qiáng)的沖擊，必須設(shè)法使其安全泄放。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY汽車電子研究室 第25頁(yè) 激磁衰減瞬變激磁衰減瞬變- 當(dāng)發(fā)電機(jī)激磁繞組電路故障開路，或因點(diǎn)火開關(guān)斷開切斷激磁電流回路時(shí)，在激磁繞組上將產(chǎn)生磁場(chǎng)衰減瞬變過電壓。此瞬變過電壓為一負(fù)向指數(shù)脈沖，脈沖的幅值取決于換路瞬間的電路及調(diào)節(jié)器狀態(tài)。其幅值可達(dá)120V左右，前沿約5-10ms，衰減時(shí)間約2

19、00 ms，對(duì)調(diào)節(jié)器中的敏感器件構(gòu)成威脅。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY汽車電子研究室 第26頁(yè)汽車內(nèi)部最強(qiáng)的電磁干擾源是點(diǎn)火系。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火時(shí)，點(diǎn)火線圈初次級(jí)瞬變電壓很高，對(duì)車載電子裝置產(chǎn)生很強(qiáng)的傳導(dǎo)干擾。同時(shí)，由于火花塞電極放電強(qiáng)烈，對(duì)周圍的空間形成很強(qiáng)的電磁輻射。汽車點(diǎn)火系等效電路如圖9-3所示。max1max2221max1)/(1KUUCCLIUPI1為觸點(diǎn)閉合時(shí)點(diǎn)火初級(jí)繞組電流觸點(diǎn)斷開時(shí)，I1上升到IP；I2是觸點(diǎn)斷開后點(diǎn)火次級(jí)繞組的放電電流，IL為初級(jí)繞組剩余磁場(chǎng)形成的電感放電電流；IC為次級(jí)高壓回路分布電容形成的電容放電電流；觸點(diǎn)斷開后I2IL+

20、IC。在初次級(jí)線圈產(chǎn)生高壓：HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY汽車電子研究室 第27頁(yè)斷電器觸點(diǎn)打開瞬間，初級(jí)繞組感應(yīng)電壓幅值可高達(dá)300V以上，前沿約60us，脈寬約300us。此瞬變電壓若無有效的抑制措施，勢(shì)必對(duì)初級(jí)電路中的電子器件構(gòu)成威脅，甚至通過信號(hào)線對(duì)其它系電子裝置的正常工作形成傳導(dǎo)干擾。斷電器觸點(diǎn)打開瞬間，次級(jí)繞組感應(yīng)電壓幅值可高達(dá)25kv以上，形成足夠的點(diǎn)火電壓和點(diǎn)火能量，使火花塞電極間隙擊穿，產(chǎn)生強(qiáng)烈的火花放電。在高壓放電回路中形成陡峭的放電電流I2，此放電電流由IL和IC組成，其中IC數(shù)值大時(shí)間短，IL數(shù)值小而時(shí)間長(zhǎng)，并伴隨有高頻振蕩?；鸹ǚ烹妼a(chǎn)生

21、約0.151000MHz的寬帶電磁波，對(duì)車內(nèi)及車外數(shù)十米以內(nèi)的電子裝置的正常工作產(chǎn)生強(qiáng)烈的輻射于擾。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY汽車電子研究室 第28頁(yè)汽車電系內(nèi)存在著大量的感性負(fù)載，如各種電動(dòng)機(jī)、繼電器、電磁閥、電喇叭等，其線圈在開路瞬間，都會(huì)成為一種寬頻譜、大能量的瞬變干擾源。這種瞬變脈沖不但具有浪涌性質(zhì)，而且具有豐富的諧波，可能引起電子控制系統(tǒng)的邏輯錯(cuò)誤，甚至導(dǎo)致部分敏感器件或固體組件的損壞。圖9-4是模擬感性負(fù)載開路瞬變的等效電路及其反向瞬變脈沖電壓的波形圖。當(dāng)繼電器觸點(diǎn)J打開時(shí)，原負(fù)載RL上的電流被突然中斷，在電感兩端產(chǎn)生反向瞬變電壓，其峰值可達(dá)工態(tài)直

22、流電壓的幾十倍，并向線路的分布電容CP充電，形成RLC串聯(lián)振蕩電路。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY汽車電子研究室 第29頁(yè)汽車電系內(nèi)分布有大量的觸點(diǎn)，它包括開關(guān)觸點(diǎn)、繼電器觸點(diǎn)、整流子電機(jī)的電刷與整流子間觸點(diǎn)等。這些觸點(diǎn)都是用來通斷電流的，但在其要開未開、或要閉未閉瞬間，都會(huì)產(chǎn)生程度不同的火花放電現(xiàn)象。這種觸點(diǎn)間放電能量雖然比火花塞電極放電能量小得多，但其放電瞬間的能量密度通?？蛇_(dá)到造成危害的程度。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY汽車電子研究室 第30頁(yè)沖擊電壓峰值可高達(dá)上千伏，衰減振蕩，振蕩頻率約0.1500MHZ。初始脈沖的前沿只有

23、幾個(gè)納秒。圖95是模擬串激式直流電動(dòng)機(jī)開關(guān)觸點(diǎn)干擾源，這里的觸點(diǎn)K指的是電刷與整流子問間隙觸點(diǎn)。電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，此觸點(diǎn)K不斷地接通和斷開，電機(jī)繞組中的電流斷續(xù)變化，從而產(chǎn)生瞬變電流和電壓，此瞬變電壓反作用于電源電路，在電源引線電感LP和電容CP上形成陡峭的高頻振蕩沖擊電流和電壓，這種火花放電和高頻振蕩不但產(chǎn)生輻射干擾，同時(shí)可通過電源線對(duì)其它電路產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY汽車電子研究室 第31頁(yè)靜電產(chǎn)生的機(jī)理是兩種不同物質(zhì)相互摩擦?xí)r，會(huì)在兩物體間引起電子及離子的移動(dòng)，其結(jié)果，使得兩物體的表面分別帶上正電荷和負(fù)電荷，稱其為靜電。汽車在行駛時(shí)，車輪與地面

24、的摩擦、車身與空氣的摩擦、氣流與氣管壁的摩擦、機(jī)架與支承間的摩擦、乘員衣服與座墊間的摩擦、工作服與內(nèi)衣間的摩擦等，都可能是靜電干擾源。靜電電量很小，一般為1mC以下。但靜電電壓很高，最高可達(dá)上萬伏。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY汽車電子研究室 第32頁(yè)表99為質(zhì)地不同的工作服與內(nèi)衣摩擦?xí)r人體所帶靜電電壓值。如此高的靜電電壓必然產(chǎn)生靜電放電，靜電放電火花及瞬時(shí)放電電流將產(chǎn)生電磁輻射和傳導(dǎo)于擾。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY汽車電子研究室 第33頁(yè)汽車電系內(nèi)存在著大量的成束包扎的導(dǎo)線及多點(diǎn)搭鐵的地回路，較長(zhǎng)的無屏蔽配線及搭鐵阻抗在汽車電系

25、內(nèi)產(chǎn)生磁感應(yīng)耦臺(tái)和電容耦合。耦合噪聲電壓最高幅度可達(dá)200V以上，持續(xù)時(shí)間可達(dá)300ms，對(duì)部分電子裝置工作的可靠性產(chǎn)生干擾。尤其對(duì)車載電子儀器和儀表的正常工作影響較大。-平行兩根導(dǎo)線，電磁耦臺(tái)噪聲電壓：-兩導(dǎo)線電磁耦臺(tái)噪聲電壓為同時(shí)由于多點(diǎn)搭鐵形成共同的阻抗通道，當(dāng)一條導(dǎo)線上的電流通過共阻抗通道時(shí)，也會(huì)在另一條導(dǎo)線上產(chǎn)生共阻抗耦合干擾。ddlLMMIfUNNLN2) 12(ln22NiiNCUZCjZCjU12121L長(zhǎng)度， d中心距離為M兩導(dǎo)線間的互感IN噪聲電流，fN噪聲頻率HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY汽車電子研究室 第34頁(yè)為了定量地分析汽車電系電磁干擾

26、強(qiáng)度及汽車電子裝置或器件抗干擾能力，需要科學(xué)地測(cè)試電磁發(fā)射量和敏感度。-發(fā)射量測(cè)試是對(duì)汽車電系各種電磁干擾源發(fā)射電磁能的大小和屬性進(jìn)行測(cè)試，它包括傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)試和輻射發(fā)射測(cè)試。-敏感度測(cè)試是對(duì)各汽車電子裝置或器件抵御外來電磁干擾能力進(jìn)行測(cè)試，亦包括對(duì)傳導(dǎo)發(fā)射敏感度的調(diào)試和對(duì)輻射發(fā)射敏感度的測(cè)試。EMC（電磁兼容）EMI（電磁干擾） EMS （電磁相容）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY汽車電子研究室 第35頁(yè) 電磁干擾測(cè)試包括傳導(dǎo)干擾測(cè)試和輻射干擾測(cè)試，這些測(cè)試都必須按照某一公認(rèn)的測(cè)試方法進(jìn)行。 傳導(dǎo)干擾測(cè)試傳導(dǎo)干擾測(cè)試-傳導(dǎo)干擾測(cè)試即是對(duì)可能形成傳導(dǎo)干擾的干擾源電磁發(fā)

27、射量的測(cè)試。汽車電系內(nèi)大多數(shù)電磁干擾源都可能對(duì)車載電子裝置或器件形成傳導(dǎo)干擾，尤其是各種瞬變電壓干擾危害極大。對(duì)這些瞬變電壓的測(cè)試可參照ISO和CISPR等(見附錄)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。圖96中的電阻及用來模擬車上與被測(cè)設(shè)備并聯(lián)的其他設(shè)備的直流電阻，ISO7637中給出的推薦值為40。圖98所示的人工電源網(wǎng)絡(luò)阻抗特性曲線是在A、B間短路時(shí)P、B之間的阻抗。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY汽車電子研究室 第36頁(yè)- 瞬變電壓調(diào)試是在實(shí)驗(yàn)室模擬汽車工況的試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行。人工電源網(wǎng)絡(luò)(AMN)又叫線路阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)(LISN)。作用是：將被測(cè)設(shè)備與電源隔離，防止來自電源側(cè)的干擾進(jìn)入

28、校測(cè)設(shè)備，保證干擾測(cè)試記錄儀器接收到的干擾只來自被測(cè)試設(shè)備本身；人工電源網(wǎng)絡(luò)在實(shí)驗(yàn)室條件下代替汽車線束阻抗作為參考標(biāo)準(zhǔn)，使呈現(xiàn)在被測(cè)試設(shè)備輸入端的阻抗保持規(guī)定的特性，即保證在測(cè)試時(shí)具有統(tǒng)一固定的線路阻抗，從而使測(cè)試結(jié)果具有可相比較的意義。- 人工電源網(wǎng)絡(luò)的阻抗參數(shù)應(yīng)適應(yīng)不同的頻率范圍作相應(yīng)調(diào)整，即在規(guī)定的頻率范圍內(nèi)提供規(guī)定的阻抗；人工電源網(wǎng)絡(luò)還必須可靠接地；為防止網(wǎng)絡(luò)輸出入線間的耦合，布線時(shí)應(yīng)注意兩者隔離，不得交叉走線。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY汽車電子研究室 第37頁(yè)傳導(dǎo)干擾還可以采用電流法進(jìn)行測(cè)試，國(guó)標(biāo)GB和CISPR測(cè)量傳導(dǎo)發(fā)射量用電壓法，軍標(biāo)GJB則采

29、用電流法。測(cè)量傳導(dǎo)干擾電流時(shí)線路阻抗十分重要，此時(shí)線路阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)是采用專用的10uF穿心電容器，此電容器起穩(wěn)定電源阻抗及隔離電源與被測(cè)設(shè)備之間相互干擾的作用。穿心電容器中心電極引線與信號(hào)線串聯(lián)，其引線電感將穿心電容器轉(zhuǎn)換為一個(gè)低通T形濾波器，如圖910所示。穿心電容器非常適用于抑制電磁干擾，常用于非屏蔽與屏蔽或屏蔽與屏蔽的界面處。在傳導(dǎo)干擾及敏感度測(cè)試中，常用10uF穿心電容器作為電源線濾波。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY汽車電子研究室 第38頁(yè) 輻射干擾測(cè)試輻射干擾測(cè)試-輻射干擾測(cè)試是對(duì)可能形成輻射干擾的干擾源電磁發(fā)射量的測(cè)試，這種測(cè)試是在屏蔽室或開闊場(chǎng)地(3

30、m、10m、30m)上進(jìn)行。對(duì)輻射干擾測(cè)試的目的是在于保護(hù)外界環(huán)境中的無線電接收機(jī)及其它敏感設(shè)備，以及保護(hù)安裝于同一輛車上的接收機(jī)免受車內(nèi)的輻射發(fā)射量的干擾。-按CISPR要求，輻射干擾測(cè)試首先應(yīng)按被測(cè)設(shè)備的大小來確定測(cè)量距離從接收天線的中心至被測(cè)設(shè)備外表的距離。小型被測(cè)設(shè)備的測(cè)量距離選3m和10m，大型被測(cè)設(shè)備的測(cè)量距離選30m乃至100m。第二步應(yīng)找出被測(cè)設(shè)備的最大輻射方向，因?yàn)樗鶞y(cè)的輻射場(chǎng)強(qiáng)必須是該測(cè)量距離下的最大輻射場(chǎng)強(qiáng)。為了找出最大輻射方向，對(duì)于小型被測(cè)設(shè)備，可將其置于能轉(zhuǎn)動(dòng)的調(diào)試平臺(tái)上，旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，很容易找出最大輻射方向，然后調(diào)節(jié)接收天線的高度。對(duì)于大型被測(cè)設(shè)備，特別是高頻設(shè)備，需靠

31、移動(dòng)接收天線和測(cè)試儀表來尋找最大短射方向。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY汽車電子研究室 第39頁(yè) 輻射干擾測(cè)試輻射干擾測(cè)試-室內(nèi)測(cè)試應(yīng)在電波暗室內(nèi)進(jìn)行。電波暗室是內(nèi)壁布滿電磁波吸收材料的屏蔽密封空間，使入射到壁面上的電磁波不會(huì)發(fā)生反射而影響測(cè)量結(jié)果。室外測(cè)試應(yīng)選擇沒有電磁波反射物的空曠露天場(chǎng)地。-被測(cè)設(shè)備發(fā)射出的電磁波通常是寬帶場(chǎng)強(qiáng)，不同頻段場(chǎng)強(qiáng)的有效接收應(yīng)選配不同的接收天線，故采用多種天線以供選擇，并由切換開關(guān)單元根據(jù)控制單元的指令加以切換。目前國(guó)際上最著名的輻射干擾測(cè)試設(shè)備生產(chǎn)廠家是德國(guó)的Rohde Sehwarz公司，它能提供各頻段場(chǎng)強(qiáng)調(diào)試的全套設(shè)備。世界上

32、有關(guān)汽車輻射干擾標(biāo)準(zhǔn)已有很多，但大多源于CISPR出版物。我國(guó)1992年頒布的GB14023-92即源于CISPR的12號(hào)出版物車輛、機(jī)動(dòng)船和火花點(diǎn)火發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置無線電干擾特性的測(cè)量方法及允許值。這是一個(gè)整車輻射發(fā)射量的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，作為我國(guó)的一個(gè)強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)汽車向周圍環(huán)境輻射的電磁波作了限制，以保護(hù)附近的廣播電視接收機(jī)的正常工作。測(cè)試的頻率為301000MHz，測(cè)試用接收天線與車輛之間的距離為10m。CISPR25號(hào)出版物是對(duì)車上電子電氣設(shè)備150K1000MHz頻段內(nèi)的寬帶與窄帶無線電干擾的測(cè)試方法和允許值作了規(guī)定，目的在于防止安裝于車上的收音機(jī)、電視機(jī)、無線電話等免受同一輛車上的部件

33、產(chǎn)生的輻射干擾的影響。-寬帶干擾源包括點(diǎn)火系、發(fā)電機(jī)、雨刮馬達(dá)、空氣壓縮機(jī)、車窗升降馬達(dá)等：-窄帶干擾源主要是微處理器、振蕩器和時(shí)鐘發(fā)生器等。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY汽車電子研究室 第40頁(yè) 電磁干擾測(cè)量?jī)x電磁干擾測(cè)量?jī)x- 電磁干擾信號(hào)波形有多種形式，且大多帶有脈沖性質(zhì)，用一般的正弦波或調(diào)制正弦波測(cè)量?jī)x器，很難獲得較精確的測(cè)量結(jié)果。- 目前可用于電磁干擾信號(hào)波形的測(cè)量?jī)x主要有干擾測(cè)量?jī)x、頻譜分析儀、記憶示波器和瞬態(tài)記錄儀。除第一種干擾測(cè)量?jī)x外，另三種都是通用的測(cè)量?jī)x，它們用于干擾測(cè)量有各自的特點(diǎn)。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY汽

34、車電子研究室 第41頁(yè)電磁敏感度調(diào)試是檢查電子裝置或器件對(duì)電磁干擾敏感程度的測(cè)試，通常以使電子設(shè)備發(fā)生故障的電磁干擾量的最小值作為敏感度數(shù)值。如果校瀾設(shè)備的敏感度數(shù)值大于實(shí)際作用于該設(shè)備的電磁干擾量，則它能在該電磁環(huán)境中正常工作。電子設(shè)備的敏感度數(shù)值越大，說明該設(shè)備的抗干擾性能越好。電磁敏感應(yīng)測(cè)試包括傳導(dǎo)敏感度測(cè)試和輻射敏感度調(diào)試。 傳導(dǎo)敏感度測(cè)試傳導(dǎo)敏感度測(cè)試-傳導(dǎo)敏感度測(cè)試一般在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行，汽車電系內(nèi)各種傳導(dǎo)干擾信號(hào)可用干擾模擬器來模擬，耦合到器件或設(shè)備的一定部位，根據(jù)被測(cè)設(shè)備工作是否正常來確定該設(shè)備的傳導(dǎo)敏感度。-汽車電系內(nèi)各種傳導(dǎo)干擾信號(hào)中影響較大的是各種瞬變脈沖信號(hào)，這些信號(hào)的耦合

35、機(jī)理、傳遞特點(diǎn)等許多問題的認(rèn)識(shí)和理解各國(guó)還不完全一致，但作為敏感度測(cè)試的模擬信號(hào)各標(biāo)淮組織(ISO、SAE、DIN和EEC)的認(rèn)識(shí)基本一致，主要的瞬變脈沖信號(hào)有如下幾種。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY汽車電子研究室 第42頁(yè)P(yáng)ulse1模擬感性負(fù)載從電源上斷開時(shí)，與該感性負(fù)載并聯(lián)的設(shè)備上所承受的負(fù)向瞬變指數(shù)脈沖電壓。Pulse2模擬感性負(fù)載電流突然被切斷時(shí)，與該感性負(fù)載串聯(lián)的設(shè)備上所承受的正向瞬變指數(shù)脈沖電壓。Pulse3模擬開關(guān)斷開時(shí)，由于分布電容和電感的影響所產(chǎn)生的正(3b)、負(fù)(3a)開關(guān)脈沖串。Pulse4模擬發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，由于起動(dòng)電動(dòng)機(jī)的接人而引起的電源

36、電壓瞬時(shí)跌落。Pulse5模擬發(fā)電機(jī)正常工作時(shí)，由于突然拋負(fù)載所產(chǎn)生的正向瞬變指數(shù)脈沖電壓。Pulse6模擬點(diǎn)火線圍初級(jí)繞組中的電流突然被中斷時(shí)所產(chǎn)生的正向瞬變指數(shù)脈沖電壓。Pulse7模擬發(fā)電機(jī)激磁磁場(chǎng)突然衰減時(shí)所產(chǎn)生的負(fù)向瞬變指數(shù)脈沖電壓。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY汽車電子研究室 第43頁(yè)圖9-12為電源線和信號(hào)線傳導(dǎo)敏感度測(cè)試電路。對(duì)于某一被測(cè)設(shè)備，應(yīng)只選取在汽車工況下該設(shè)備實(shí)際可能承受的瞬變脈沖對(duì)其進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果經(jīng)衰減器送監(jiān)視器指示。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY汽車電子研究室 第44頁(yè) 脈沖干擾模擬器脈沖干擾模擬器-

37、脈沖干擾模擬器也叫干擾脈沖發(fā)生器，能按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定模擬輸出上述某一種或幾種脈沖波形。目前國(guó)際市場(chǎng)上有指數(shù)脈沖和矩形脈沖兩種于擾模擬器，矩形脈沖上升沿時(shí)間小于指數(shù)脈沖上升沿時(shí)間，輸出脈沖頻譜較寬，但電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般供研究電子設(shè)備敏感度使用，通常檢驗(yàn)電子設(shè)備的敏感度采用指數(shù)脈沖干擾模擬器。-圖913所示矩形與指數(shù)形兩脈沖的等價(jià)關(guān)系rPrPttUU5 . 04 . 1HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY汽車電子研究室 第45頁(yè)- 指數(shù)形脈沖可通過電容放電產(chǎn)生，E為高壓電源。當(dāng)TI合T2開時(shí)，電容C充電到UC=E。當(dāng)T1開T2合時(shí)，電容C放電，電阻負(fù)載RL上獲得的電壓為指數(shù)脈沖

38、，放電的時(shí)間常數(shù)。當(dāng)Ri=RL時(shí)，負(fù)載RL初始電壓1/2E，脈沖寬度tp為負(fù)載電壓由UP降到1/2Up的時(shí)間。經(jīng)計(jì)算可得，一般取1us。負(fù)載電壓上升時(shí)間取決于放電電容C和配線分布電感。為模擬配線阻抗，可取Ri50。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY汽車電子研究室 第46頁(yè)-矩形脈沖可通過同軸電纜放電產(chǎn)生，其儲(chǔ)能元件為同軸電纜。利用電纜芯線與屏蔽層間的電容來儲(chǔ)能，特性阻抗Z0為50歐姆，電纜芯線經(jīng)充電電阻R充電到UB=E，開關(guān)T閉合時(shí)，若RL=Z0，則UB突然由E降到1/2E，等效于在B點(diǎn)接人(-E2)的電壓。此電壓以電磁波速度傳到A點(diǎn)，由于RZ。，相當(dāng)于開路狀態(tài)，入射

39、至A點(diǎn)的電波全部反射回B點(diǎn)，與B點(diǎn)原E/2電壓疊加后，使UB0。所以在負(fù)載上形成矩形脈沖，其幅值Ut=E/2，脈沖寬度tr2l/v(l為電纜長(zhǎng)度，v為電磁波在電纜中的傳播速度2x105m/s).脈沖上升時(shí)間可達(dá)1ns，每米電纜所對(duì)應(yīng)的脈寬為10ms。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY汽車電子研究室 第47頁(yè)在我國(guó)市場(chǎng)上用于汽車電子裝置傳導(dǎo)干擾敏感度測(cè)試的主要是瑞士夏弗納(SCHAFFNER)公司生產(chǎn)的系列指數(shù)波脈干擾模擬器。該公司的NSG5000系統(tǒng)具有程控功能，采用WINDOWS系統(tǒng)軟件控制，可按標(biāo)淮需要模擬輸出各種測(cè)試脈沖。近幾年來國(guó)內(nèi)也有不少單位從事干擾模擬器的

40、研究，武漢汽車工業(yè)大學(xué)研制的汽車傳導(dǎo)干擾模擬器亦具有程序控制功能。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY汽車電子研究室 第48頁(yè) 輻射敏感度測(cè)試輻射敏感度測(cè)試- 輻射敏感度測(cè)試系統(tǒng)一般由場(chǎng)強(qiáng)激勵(lì)器(信號(hào)發(fā)生器、功率放大器、發(fā)射天線)、場(chǎng)強(qiáng)檢測(cè)設(shè)備(場(chǎng)強(qiáng)探測(cè)器或測(cè)量?jī)x)、被測(cè)設(shè)備和監(jiān)測(cè)被測(cè)設(shè)備工作性能用的測(cè)量設(shè)備四部分組成。其中心問題是如何建立已知的、均勻的、高強(qiáng)度的寬頻率帶敏感場(chǎng)，且敏感場(chǎng)輻射的場(chǎng)強(qiáng)重復(fù)性要好，并要求敏感場(chǎng)不影響周圍設(shè)備(包括測(cè)試設(shè)備)的正常工作。特別是當(dāng)被測(cè)設(shè)備的尺寸較大時(shí)，要實(shí)現(xiàn)上述要求是相當(dāng)困難的。美國(guó)在這個(gè)領(lǐng)域的研究在世界上處于領(lǐng)先位置，先后提出了

41、多種替代方法，如平行板帶狀線法、長(zhǎng)線天線法、橫向電磁波傳輸小室法等，用來產(chǎn)生適合于不同大小被測(cè)設(shè)備且有不同頻帶的敏感場(chǎng)。-輻射敏感度測(cè)試的場(chǎng)地可以是室外空曠試驗(yàn)場(chǎng)，亦可以是電磁屏蔽室，各種輻射敏感度測(cè)試方法祥見美國(guó)SAEJ1113及SAE1812等標(biāo)準(zhǔn)。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY汽車電子研究室 第49頁(yè)HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY汽車電子研究室 第50頁(yè)一般來說，形成電磁干擾必須同時(shí)具備三個(gè)因素：- 存在著電磁干擾源- 存在著電磁干擾的傳遞途徑- 存在著接受電磁干擾的敏感設(shè)備通常用以抑制電磁干擾的方法是：- 對(duì)于擾源采取屏蔽、隔

42、離和接地的方法抑制干擾量的發(fā)射，采用濾波、阻尼和去耦等方法阻止干擾量的傳播。- 對(duì)電子設(shè)備或器件采取提高線路信噪比、增大開關(guān)時(shí)間、提高器件抗干擾門限等方法以降低其電磁敏感度。- 這些措施在電路設(shè)計(jì)時(shí)都必須予以認(rèn)真考慮，其中屏蔽、接地和濾波是抑制電磁干擾的三項(xiàng)基本措施。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY汽車電子研究室 第51頁(yè)- 屏蔽是利用屏蔽體來阻止電磁干擾源的電磁能發(fā)射的重要手段。電場(chǎng)屏蔽簡(jiǎn)稱電屏蔽，它包括靜電屏蔽和交變電場(chǎng)的屏蔽。磁場(chǎng)屏蔽 簡(jiǎn)稱磁屏蔽，它包括低頻磁屏蔽和高頻磁屏蔽。電磁屏蔽是對(duì)電場(chǎng)和磁場(chǎng)同時(shí)加以屏蔽，一般是指對(duì)高頻電路磁場(chǎng)進(jìn)行屏蔽。HARBIN I

43、NSTITUTE OF TECHNOLOGY汽車電子研究室 第52頁(yè)靜電屏蔽-圖916是靜電屏蔽示意圖。當(dāng)屏蔽體內(nèi)存在著帶正電荷的導(dǎo)體A時(shí)，在屏蔽體的內(nèi)側(cè)感應(yīng)出等量的負(fù)電荷。當(dāng)屏蔽體B末接地時(shí)，如圖916(a)所示，在屏蔽體B的外側(cè)感應(yīng)出等量的正電荷，實(shí)際上沒有起到屏蔽作用。當(dāng)屏蔽體接地時(shí)，如圖916(b)所示，使得屏蔽體外側(cè)與大地等電位，才能將靜電場(chǎng)封閉在屏蔽體內(nèi)，屏蔽體外側(cè)不形成電場(chǎng)，真正起到屏蔽作用。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY汽車電子研究室 第53頁(yè)靜電屏蔽-圖917是對(duì)外來場(chǎng)的靜電屏蔽。由于屏蔽導(dǎo)體為等位體，在屏蔽體內(nèi)部不會(huì)形成電場(chǎng)。在屏蔽體外側(cè)表面，

44、一邊形成正電荷，一邊形成負(fù)電荷。當(dāng)屏蔽體完全封閉時(shí)，不管屏蔽體是否接地，外電場(chǎng)都不可能侵入屏蔽體內(nèi)部。但實(shí)際的屏蔽往往不能完全封閉，此時(shí)不接地就會(huì)引起外電場(chǎng)侵入，形成屏蔽體內(nèi)外靜電耦合，降低屏蔽效能。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY汽車電子研究室 第54頁(yè)交變電場(chǎng)屏蔽屏蔽-對(duì)于交變電場(chǎng)，干擾的傳遞是通過電路中分布電容進(jìn)行耦合的。當(dāng)干擾源S與受擾設(shè)備R間無電屏蔽時(shí)，干擾電平Us通過分布電容C耦合到受擾設(shè)備上，使受擾設(shè)備對(duì)地形成一定的感應(yīng)電壓，加在受擾設(shè)備對(duì)地的分布電容CR兩端，如圖918(a)所示。此時(shí)的感應(yīng)電壓為：當(dāng)干擾源S與受擾設(shè)備R間加人良導(dǎo)體屏蔽體P時(shí)，并使P

45、有良好的接地，如圖918(b)所示，此時(shí)的感應(yīng)電壓為：比較兩式可知，即采取了電屏蔽后，受擾設(shè)備所承受的電磁干擾將大大成小。SRSRSRSRUCCCUSRSRSRUCCCU2HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY汽車電子研究室 第55頁(yè)分布電容C2 Csr ，是因?yàn)槠帘误wP比干擾源S更靠近受擾設(shè)備R，且P的尺寸比S的尺寸大。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY汽車電子研究室 第56頁(yè)(2)磁場(chǎng)屏蔽-簡(jiǎn)稱磁屏蔽，它包括低頻磁屏蔽和高頻磁屏蔽。-低頻磁屏蔽是指對(duì)變化頻率在1KHz以下的干擾磁場(chǎng)的屏蔽，采用高導(dǎo)磁材料制成屏蔽罩，對(duì)干擾磁場(chǎng)進(jìn)行分路。根據(jù)分磁

46、原理，把本來要穿過受擾設(shè)備形成低頻磁場(chǎng)干擾的磁力線，吸收到磁屏蔽低磁阻通道內(nèi)來.從而大大減小穿過受擾設(shè)備的磁力線，即降低干擾。根據(jù)屏蔽原理，屏蔽材料導(dǎo)磁性能越高，低頻磁屏蔽效果越好。屏蔽罩通道截面越大，屏蔽效果越好，但隨之成本提高、體積和質(zhì)量增大。同時(shí)應(yīng)注意在屏蔽罩上與磁力線垂直的方向不得有開口或縫隙，因?yàn)檫@樣的開口或縫隙將導(dǎo)致磁阻增大，分磁作用減小，磁屏蔽效能降低。鐵磁材料存在著磁滯損耗和渦流損耗，頻率越高，損耗越大，導(dǎo)磁率將明顯下降。只適用于作低頻磁場(chǎng)的屏蔽-高頻磁場(chǎng)的屏蔽應(yīng)采用良導(dǎo)體材料(如銅、鋁)。其屏蔽原理是利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象在屏蔽罩表面所產(chǎn)生的高頻電渦流反磁場(chǎng)特性來達(dá)到屏蔽高頻磁干擾

47、的。即是說，當(dāng)高頻干擾磁力線入射屏蔽罩時(shí)，在屏蔽罩表面產(chǎn)生高頻電渦流，電渦流頻率越高、強(qiáng)度越大，阻止磁力線穿過的能力越強(qiáng)，使得入射到屏蔽罩的高頻磁力線被反射回去，即把高頻磁干擾排斥在屏蔽罩之外，使罩內(nèi)的設(shè)備免受高頻磁干擾。由于需要產(chǎn)生盡可能大的反磁場(chǎng)電渦流，因而選擇渦流回路電阻小的良導(dǎo)體。為了不切斷渦流通道，屏蔽罩上盡量不要有開口及導(dǎo)致渦流回路電阻增加的縫隙。磁屏蔽罩接地與否對(duì)屏蔽效能沒有影響，這一點(diǎn)與電屏蔽不同，電屏蔽必須接地。如果將良導(dǎo)體屏蔽罩接地，它將同時(shí)具有電場(chǎng)屏蔽和高頻磁場(chǎng)屏蔽的作用，因而實(shí)用中還是將屏蔽罩接地。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY汽車電子研究

48、室 第57頁(yè)3)電磁屏蔽-是對(duì)電場(chǎng)和磁場(chǎng)同時(shí)加以屏蔽，一般是指對(duì)高頻電路磁場(chǎng)進(jìn)行屏蔽。-在交變場(chǎng)中，電場(chǎng)和磁場(chǎng)總是同時(shí)存在的，只是在頻率較低時(shí)，電磁波不能向遠(yuǎn)方輻射，電場(chǎng)和磁場(chǎng)僅在近區(qū)相互感應(yīng)、來回轉(zhuǎn)換，故常稱為近場(chǎng)或感應(yīng)場(chǎng)。這種近場(chǎng)的能量隨干擾源的特性不同，電場(chǎng)分量和磁場(chǎng)分量有很大的差別。高壓低電流源以電場(chǎng)為主、磁場(chǎng)分量可以忽略，這時(shí)只需考慮電場(chǎng)屏蔽；低壓大電流干擾源則以磁場(chǎng)為主，電場(chǎng)可以忽略，這時(shí)可以只考慮磁場(chǎng)屏蔽。-隨著頻率的增高，電磁輻射能量增強(qiáng)，從而形成遠(yuǎn)程輻射干擾，相應(yīng)地常稱其為遠(yuǎn)場(chǎng)或輻射場(chǎng)。頻率越高，輻射的電場(chǎng)能和磁場(chǎng)能都越大，且都不可忽略。這時(shí)因?yàn)轭l率很高時(shí)，電場(chǎng)的高速變化在空

49、間產(chǎn)生強(qiáng)大的位移電流(位移電流強(qiáng)度與頻率成正比)。強(qiáng)大的位移電流在其鄰近產(chǎn)生強(qiáng)大的交變磁場(chǎng)，此交變磁場(chǎng)又在附近產(chǎn)生變化的電場(chǎng)，如此循環(huán)往復(fù)。高速變化的電磁場(chǎng)不但相互轉(zhuǎn)換而且在空中向前推進(jìn)，這種推進(jìn)的過程即為電磁波的輻射過程。頻率越高，輻射的電磁能量就越多。為了抑制高頻輻射電磁場(chǎng)，必須采用良導(dǎo)體作屏蔽罩，并將屏蔽罩接地。由于高頗的集膚效應(yīng)，對(duì)于良導(dǎo)體的穿透深度很小，因而電磁屏蔽體無需做得很厚。且屏蔽罩盡量不要有開口或接縫，理想的屏蔽體是一個(gè)結(jié)構(gòu)上密實(shí)完整、電氣上連續(xù)均勻。尺寸遠(yuǎn)大于電磁波波長(zhǎng)的鋁、銅或銅鍍銀的金屬板殼體，這種在屏蔽完體上無孔洞、縫隙等任何電氣上不連續(xù)因素的屏蔽體稱之為實(shí)心型屏蔽體

50、。相應(yīng)地，在屏蔽殼體上存在有孔洞、鉚接或焊接等電氣上不連續(xù)因素的屏蔽體稱為非實(shí)心屏蔽體。非實(shí)心屏蔽體上的孔洞或縫隙都可能引起電磁能的泄漏，導(dǎo)致電磁屏蔽效能的降級(jí)。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY汽車電子研究室 第58頁(yè)接地通常有兩種含義：-一是接大地，即把電子設(shè)備的金屬外殼通過埋入地下的金屬棒、管道或其他金屬結(jié)構(gòu)件實(shí)現(xiàn)對(duì)大地的電氣接觸，并以大地作基準(zhǔn)零電位。主要目的是為雷擊放電或靜電放電提低阻泄放通道，以保護(hù)設(shè)備及工作人員的安全。-另一是接信號(hào)地或系統(tǒng)地，即取電子設(shè)備的金屬底座、機(jī)殼、屏蔽罩或較大截面的銅導(dǎo)體，作為設(shè)備電路信號(hào)的參考點(diǎn)，并設(shè)該參考點(diǎn)的電位為零(但不是

51、大地零電位)，這種具有相對(duì)零電位的參考點(diǎn)，被稱為信號(hào)地或系統(tǒng)地。接信號(hào)地的主要目的是給電路信號(hào)提供個(gè)穩(wěn)定的零電位參考點(diǎn)，以提高電路工作的穩(wěn)定性，理想的信號(hào)地應(yīng)是一個(gè)零電位、零阻抗的接地實(shí)體，即一個(gè)足夠大的接地平面，且平面上各點(diǎn)之間都不存在電位差。實(shí)際上真正理想的信號(hào)地是不存在的，即使是電阻率接近零的超導(dǎo)，其表面兩點(diǎn)之間還存在有某種電抗效應(yīng)，因而所謂理想也只能是近似而已。若信號(hào)地能與大地連接，使電子設(shè)備有一個(gè)理想的零電位點(diǎn)，能有效地抑制外界電磁場(chǎng)的影響，保證電路工作的穩(wěn)定性。有效地泄放因靜電感應(yīng)在機(jī)殼上積累的電荷，避免電荷積累過多形成高壓引起設(shè)備內(nèi)部放電而造成干擾，且為操作人員提供安全保障。HA

52、RBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY汽車電子研究室 第59頁(yè)電子設(shè)備接地通常有三種方式：?jiǎn)吸c(diǎn)接地、多點(diǎn)接地和浮地。單點(diǎn)接地是指整個(gè)電路系統(tǒng)中，只有一個(gè)接地參考點(diǎn)，各部分電路需要接地的點(diǎn)都各自直接接到這一參考點(diǎn)上，各接地線不能形成共有的通道，-單點(diǎn)接地一般用于頻率在300Mh以下的電路，因?yàn)楫?dāng)頻率很高時(shí)，其波長(zhǎng)縮短到接近于接地引線長(zhǎng)度的四倍時(shí)，地線電感引起的高頻駐波不可忽略，產(chǎn)生干擾分量，取不到有效接地的目的。多點(diǎn)接地是指整個(gè)電路系統(tǒng)中，各部分電路需要接地的點(diǎn)就近接地。-多點(diǎn)接地一般用于頻率在300kHz以上的電路，因?yàn)椴捎枚帱c(diǎn)接地后，系統(tǒng)內(nèi)形成多個(gè)地線回路，各地線電感與地線

53、間分布電容可能引起低頻振蕩，對(duì)電路低頻信號(hào)引起干擾。浮地是指整個(gè)電路系統(tǒng)在電氣上與大地相絕緣，這樣可以減少接地系統(tǒng)引入的傳導(dǎo)干擾，此時(shí)各部分電路的信號(hào)地相連，但對(duì)大地懸浮。-浮地的電子設(shè)備易產(chǎn)生靜電放電，在雷電環(huán)境下，靜電感應(yīng)產(chǎn)生高壓會(huì)在設(shè)備機(jī)箱與內(nèi)電路間產(chǎn)生飛弧，危及設(shè)備及工作人員的安全，因而電子設(shè)備一般不采用浮地。上述三種接地方式，應(yīng)根據(jù)實(shí)際電路系統(tǒng)的工作特性來選擇。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY汽車電子研究室 第60頁(yè)HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY汽車電子研究室 第61頁(yè)在一個(gè)復(fù)雜的電子設(shè)備中，往往為適應(yīng)各部分電路工作性質(zhì)不同，

54、采取不同的接地方式，形成所謂混合接地。-圖920是混合接地實(shí)例，該電路工作頻率從低頻到高頻，低頻段希望單點(diǎn)接地，而高頻段卻希望多點(diǎn)按地。為此電路中放大器機(jī)殼校直接接地、負(fù)載側(cè)的機(jī)殼通過電容(或寄生電容)接地，同軸電纜的屏蔽層經(jīng)同軸連接器與兩傭機(jī)殼相連。-低頻時(shí)，由于電容對(duì)低頻呈現(xiàn)高阻抗，避免了低頻地電流的形成，即低頻段該電路中在放大器側(cè)中點(diǎn)接地。-高頻時(shí)，電容對(duì)高頻呈現(xiàn)低阻抗，因而負(fù)載側(cè)可通過電容實(shí)現(xiàn)高頻接地，而放大器側(cè)可實(shí)現(xiàn)高頻直接接地，因而高頻段該電路實(shí)際上是兩點(diǎn)接地。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY汽車電子研究室 第62頁(yè)在抑制電磁干擾的設(shè)計(jì)中，屏蔽主要是抑制

55、電磁輻射，而濾波則主要是抑制電磁傳導(dǎo)。實(shí)踐表明，即使有很完善的屏蔽和接地措施，也仍然存在著電磁傳導(dǎo)干擾導(dǎo)致電子設(shè)備工作性能降低，因而在抑制電磁干擾方面濾波器取著無可替代的作用。電磁干擾濾波器不同于常規(guī)的信號(hào)選擇濾波器，前者主要考慮對(duì)電磁干擾的有效抑制，后者主要考慮的是對(duì)有用信號(hào)的有效選擇。兩者相比，電磁干擾濾波器有如下顯著特點(diǎn)：-電磁干擾濾波器通常工作在阻抗不匹配的條件下，這是因?yàn)楦蓴_源的阻抗特性隨頻率變化而變化，其阻抗通常是整個(gè)頻段(從Hz到GHz)的函數(shù)。-干擾電平變化幅度大，有可能使干擾濾波器出現(xiàn)飽和效應(yīng)。-由于干擾信號(hào)的頻帶很寬，其高頻特性非常復(fù)雜，難以用集中參數(shù)等效電路模擬濾波器的高

56、頻特性。-干擾濾波器在阻帶內(nèi)對(duì)干擾信號(hào)應(yīng)有足夠的衰減量，而對(duì)有用信號(hào)的電磁能應(yīng)有最大的傳輸效率。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY汽車電子研究室 第63頁(yè)-電磁干擾濾波按頻率特性亦可分為低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器和帶阻濾波器四種，按濾波器機(jī)理分類，可分為反射型濾波器和吸收型濾波器。-(1)反射型濾波器 是利用電感和電容元件的頻率特性，在濾波器的通帶內(nèi)建立低串聯(lián)阻抗和高并聯(lián)阻抗，有利于有用信號(hào)的傳輸。而在濾波器的阻帶內(nèi)建立高串聯(lián)阻抗和低并聯(lián)阻抗，有效地阻止干擾信號(hào)的傳輸。即使干擾信號(hào)反射回干擾源而達(dá)到抑制的目的。-反射型濾波器用得最多的是低通濾波器，是用來抑制高

57、頻電磁干擾的。低通濾波器的種類很多，按其電路形式可分為并聯(lián)電容型、串聯(lián)電感型、L型、n型和T型，各類低通濾波器的電路結(jié)構(gòu)及其插入損耗如表910所示。表中各類濾波器的應(yīng)用選擇，視干擾源的輸出阻抗及受擾設(shè)備的輸入阻抗相對(duì)大小而定。當(dāng)兩者都比較小時(shí)，應(yīng)選擇T型或串聯(lián)電感型；當(dāng)兩者都比較大時(shí)，應(yīng)選擇n型或并聯(lián)電容型；當(dāng)兩者的阻抗相差較大、即一大一小時(shí)，則應(yīng)選擇L型濾波器。這是因?yàn)楫?dāng)電磁干擾濾波器兩端阻抗都處于失配狀態(tài)時(shí)，干擾濾波器的輸入和輸出端口對(duì)干擾信號(hào)都會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的反射，從而獲得對(duì)干擾信號(hào)的有效抑制。這是干擾濾波器與信號(hào)選擇濾波器最本質(zhì)的區(qū)別。對(duì)信號(hào)選擇濾波器，要求它在應(yīng)用的頻率范圍內(nèi)得到盡可能完

58、美的阻抗匹配，對(duì)傳輸?shù)男盘?hào)沒有反射或反射很小，從而實(shí)現(xiàn)盡可能小的信號(hào)傳輸損耗。而對(duì)干擾濾波器，要在抑制干擾信號(hào)頻率范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)最大可能的失配，使需要抑制的干擾信號(hào)受到最大的抑制。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY汽車電子研究室 第64頁(yè)插入損耗是衡量EMI濾波器性能的重要指標(biāo)，插入損耗越大擾能量衰減的越多，即抑制作用越強(qiáng)。插入損耗(Insertion loss)的定義為：U1未接入EMI濾波器之前受擾設(shè)備輸入電壓；U2接入EMI濾波器之后受擾設(shè)備輸入電)/lg(1021UUIL HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY汽車電子研究室 第65頁(yè)高通濾

59、波器是用來抑制低頻電磁干擾的。高通濾波器亦有多種類型.其電路結(jié)構(gòu)可由相應(yīng)低通濾波器轉(zhuǎn)換而成。當(dāng)把低通濾波器轉(zhuǎn)換成具有相同終端和截止頻率的高通濾波器時(shí)，其轉(zhuǎn)換方法是：- 把每個(gè)電感L(H)轉(zhuǎn)換成數(shù)值為1/L（F）的電容C。- 把每個(gè)電容C(F)轉(zhuǎn)換成數(shù)值為1/C(H)的電感L。例如，0.33uF的電容轉(zhuǎn)換成0.33uH的電感，750uH的電感轉(zhuǎn)換成1/750uF的電容，如圖921所示。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY汽車電子研究室 第66頁(yè)帶通濾波器是對(duì)通帶之外的高低頻率干擾量進(jìn)行衰減，帶阻濾波器是對(duì)特定的窄帶內(nèi)干擾量進(jìn)行衰減。實(shí)際的電磁干擾抑制技術(shù)中，帶通濾波器很少

60、使用。帶阻濾波器常被用來抑制線路的諧波干擾，電路結(jié)構(gòu)如圖921所示。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY汽車電子研究室 第67頁(yè)(2)電源EMI濾波器-亦稱電源線EMI濾波器，用來抑制由電源線傳輸?shù)碾姶鸥蓴_信號(hào)，它是用得最普遍的反射型低通濾波器。-對(duì)任何電源線上的傳導(dǎo)干擾信號(hào)，都可用共模和差模干擾信號(hào)來表示。如圖923所示。圖中相線L與地線G和中線N與地線G間存在的EMI信號(hào)UL和UN，稱為共模干擾信號(hào)。即對(duì)相線L和中線N而言，UL和UN是大小相等、相位相同的干擾信號(hào)。而把L和N之間存在的干擾信號(hào)UIN稱為差模干擾信號(hào)。這里把電源中的傳導(dǎo)干擾信號(hào)看作是獨(dú)立的干擾源發(fā)射的