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提高汽车电器电磁兼容性的三大措施

2015年11月05日 ?? 收藏2
电磁兼容性(EMC,Electro-Magnetic Compatibility)是指电器电子产品能在电磁环境中正常工作,并不对该环境中其它产品产生过量的电磁干扰(EMI,Electro-Magnetic Interference)。这就包含着2方面要求,其一是要求产品对外界的电磁干扰有一定的承受能力;其二是要求产品在正常运转过程中,该产品对周围环境产生的电磁干扰不能超过一定的限度。汽车电器的电磁兼容性就是指在汽车及其周围空间中,在运行时间内,在可用的频谱资源条件下,汽车本身以及周围的用电设备可以共存,不致引起降级。

ABS防抱死制动系统,发动机燃油点火电子控制系统,GPS全球定位系统等电子设备的正常可靠工作都必须重视对电磁兼容技术的设计和研究,可以从传统的汽车电器(诸如起动机、刮水电动机、闪光器、空调启动器、燃油泵等)入手进行探讨,交流发电机电缆的连接和间歇切断也是产生较大功率电磁辐射的干扰源,只是其它设备对其工作可靠性的影响较那些小功率高频段的电子设备为小。现在,交流发电机的调节器与电子点火系统一样,已经设计成集成模块化结构,同样面临抗干扰的问题。

电磁干扰的来源、传播途径及检测

(一)电磁干扰的来源

汽车电器设备受到的电磁干扰的来源常分为3种:周围高压变电所输电线、大功率无线电发射基站、行驶中相距较近的汽车、雷电、太阳黑子辐射的车外电磁干扰;由于行驶时车体与空气高速摩擦,在车体上形成不均匀分布的静电而产生的车体静电干扰;点火系统产生的车内电磁干扰等高频辐射干扰。电动机电刷换向火花的电磁辐射,起动机电磁开关和各种开关工作时放电干扰等,都是汽车电器设备电磁干扰的来源。

(二)电磁干扰的分类及传播

电磁干扰(EMI)按频段可粗略划分为:0.02~2kHz,谐波干扰;2~300kHz,传导干扰或载频干扰;0.3~300MHz,射频干扰;0.3~300GHz,微波干扰。

从干扰的途径来分,0~300kHz并存着传导干扰和交变电磁场引起的近场感应干扰;射频和微波干扰都是远场的辐射干扰。当设备和导线的长度比波长短时,主要的问题是传导干扰;当它们的尺寸比波长长时,主要的问题是辐射干扰。

(三)3 类干扰分述如下

a.传导干扰是通过电路连接的导体传播,共电源线,共搭铁线。图1为传导干扰的电路原理图。

根据电子电工学知识可得各电器的工作电压为:

图1

式中:R——电源线电阻;

r——搭铁线电阻;

U——支路电压;

I——支路电流。

可见一个电器电流的变化会影响其它电器电压变化,引起干扰。降低电器间相互干扰,必须减小R、r和I。

b.感应干扰由各类电器、导线的交变电磁场引起,下面从电场耦合干扰和磁场耦合干扰来叙述其原理。图2、图3分别表示其电路原理图。

图2

分析图2,则导线2上干扰电压U2为:

图3

式中:C12——两导线间电容;

C20——导线2搭铁电容;

R——回路电阻;

U1、I1——导线1的电压、电流。

减小U2,应从降低C12和R或增大C20入手,即增大导线间距离或改变电器导线间介电参数。

磁感应干扰与两回路长度L1、L2,导线间距离b相关。由图3可知

图4

式中:

图5

μ0——真空导磁率;M12——两回路间互感。

降低U2,在于增大b和减小回路面积来减小M12,或减低电压变化率。

c.辐射干扰是射频的无线电发射通过导线电缆和金属构件这些等效的天线进行发射干扰,因而线束的辐射干扰是最严重的一种。由描述电磁波的Maxwell方程可知,减小射频电磁场的强度,要减小高频电流I、辐射的有效长度L或增大距离b。

(四)电磁干扰的检测

汽车电路系统由蓄电池和整流的交流发电机作为核心电源,车体作为共用搭铁,各个电器装置并联其上。相连的线束造成电器间彼此传导干扰;相邻的导线间会有感应干扰;因为天线效应,不相邻导体间又存在着辐射干扰。因而电磁干扰综合着3种途径,覆盖较宽的干扰频率。

应用频谱分析仪进行电磁兼容性分析研究,检测电磁干扰直观且可以定量。它是一种30~1000MHz窄带扫频接收机,能在某一时刻接收某个频率范围内的能量,记录下不同频段内干扰的幅值。缺点是对于时间很短频谱范围很宽,如静电放电这一类瞬态的脉冲干扰,不能宽频段全貌反映实际干扰情况。常常只能数台同时启用进行观测分析。

下一页:汽车电器电磁兼容性


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汽车电器? 电磁兼容? 电磁干扰?

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