高壓電電磁兼容概述專場(chǎng)三

來(lái)源：線束世界?作者：線束世界-Jimmy?2022-05-23 11:03

隨著車輛智能化和網(wǎng)聯(lián)化的迅猛發(fā)展，車輛功能對(duì)信號(hào)數(shù)據(jù)傳輸速率的要求逐漸提高，對(duì)能夠影響駕乘體驗(yàn)和駕乘安全的信號(hào)線有了越來(lái)越高的屏蔽要求。

車輛的運(yùn)行、安全信息都需通過(guò)低壓通信線束(CAN、以太網(wǎng)線等)準(zhǔn)確傳遞，如果車輛電磁兼容性差，電磁輻射將導(dǎo)致CAN總線信息的延誤、錯(cuò)誤甚至無(wú)法傳輸，將引起電動(dòng)汽車安全事故。

影響信號(hào)品質(zhì)的問(wèn)題根源在于反射，而阻抗匹配是避免反射的關(guān)鍵，導(dǎo)線材料和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，屏蔽，絞距、分支等……這些影響阻抗的因素都會(huì)最終影響到EMI和EMS。

選擇特殊導(dǎo)線避免電磁兼容問(wèn)題

收音機(jī)天線、導(dǎo)航天線、視頻線、USB線等都屬于高頻信號(hào)線。對(duì)于這些易受電磁干擾的線纜，需要進(jìn)行屏蔽保護(hù)，通常使用增加屏蔽層和導(dǎo)線雙絞兩種方式。

屏蔽層要根據(jù)具體需求進(jìn)行雙端接地或單端接地，有時(shí)也直接與設(shè)備殼體相連，通過(guò)設(shè)備進(jìn)行接地。屏蔽的作用不僅在于防止線束受到外界干擾的影響，也能避免線束上的信號(hào)對(duì)外部設(shè)備造成干擾。

對(duì)于高壓線束而言，選用帶屏蔽層的高壓線束和連接器，也是極其有效的一種減少不必要電磁干擾的方法。實(shí)驗(yàn)顯示，帶屏蔽層的高壓線束和連接器能夠有效減少100kHz到200MHz頻率范圍內(nèi)的不必要的干擾。

雙絞線的作用主要為了抑制共模干擾。雙絞線中感應(yīng)的電磁場(chǎng)相互抵消，從而降低了外界電磁場(chǎng)對(duì)絞線的干擾以及絞線間的干擾。屏蔽雙絞線常用在CAN線、Flexray、ABS線、逆變電源和接地線等零件上。

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方案1：使用編織屏蔽電纜

覆蓋率大，有利于高頻；

高頻段（＞1M）性能較好；

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方案2：電纜外套編織網(wǎng)

等效截面積粗有利于低頻

低頻段（＜200K）性能較好。

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方案3：電纜外套鋁管

全頻段EMI性能都較好。

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方案4：鋁管、編織網(wǎng)分段組合

結(jié)合方案2、方案3特點(diǎn)在整車布線時(shí)具有良好的兼容性。

屏蔽層和雙絞線的設(shè)計(jì)可參考如下規(guī)則：

(1) 特殊導(dǎo)線的屏蔽層應(yīng)盡可能延伸至芯線末端；

(2) 雙絞線在末端或連接釘處的脫絞距離不能過(guò)長(zhǎng)，否則將失去屏蔽作用；

(3) 屏蔽線或雙絞線在通過(guò)耦合連接器時(shí)應(yīng)使用相鄰的針腳，避免拉長(zhǎng)脫膠距離；

(4) 氣囊、碰撞傳感器的信號(hào)線和點(diǎn)爆線都必須使用絞線；

(5) 對(duì)低頻對(duì)稱的音頻信號(hào)要使用雙絞線；

(6) 對(duì)非對(duì)稱的音頻信號(hào)要使用屏蔽線。

對(duì)于非特殊導(dǎo)線而言，還可以通過(guò)減小線束接收干擾的面積來(lái)提高抗干擾能力，線束應(yīng)設(shè)計(jì)成最小長(zhǎng)度、最小阻抗和最小環(huán)路面積，最好采用雙絞線等回路面積小的供電方式。增大設(shè)備到干擾源的距離:在干擾設(shè)備布置不變的情況下，改造敏感部件的安裝位置，增大到干擾源的距離。

電磁兼容的研究對(duì)象和基本測(cè)量方法

電磁兼容的研究對(duì)象無(wú)處不在。

①各種人為噪聲，如輸電線電暈噪聲、汽車噪聲、接觸器自身噪聲及導(dǎo)體開臺(tái)時(shí)放電引起的噪聲、電氣機(jī)車噪聲、城市噪聲等

②共用走廊內(nèi)各種公用事業(yè)設(shè)備（輸電線、通信、鐵路、公路、石油金屬管線等）相互間的影響。

③超高層建筑、輸電線、鐵塔等大型建筑物引起的反射問(wèn)題。

④電磁環(huán)境對(duì)人類及各種生物的作用。其中包括強(qiáng)電線等工頻場(chǎng)，中、短波及微波電磁輻射的影響。

⑤核電磁脈沖的影響。高空核爆炸產(chǎn)生的電磁脈沖能大面積破壞地面上的指揮、控制、通信、計(jì)算機(jī)及報(bào)系統(tǒng)。

⑥探譜（TEMPEST）技術(shù)。其實(shí)質(zhì)內(nèi)容是針對(duì)信息設(shè)備的電磁輻射與信息泄漏問(wèn)題，從信息接收和防護(hù)兩方面所開展的一系列研究工作。

⑦電子設(shè)備的誤動(dòng)作。為了防止誤動(dòng)作，必須采取措施以提高設(shè)備的抗干擾能力。

⑧頻譜分配與管理。無(wú)線電頻譜是一種有限的資源，但不是消耗性的，既要科學(xué)地管理，又要充分地利用。

以上這些都是電磁兼容的研究對(duì)象。

電磁兼容測(cè)量的基本方法

1、電磁輻射發(fā)射測(cè)量系統(tǒng)電磁場(chǎng)輻射測(cè)量是測(cè)量電氣、電子設(shè)備的電磁輻射強(qiáng)度

2、電磁輻射敏感度測(cè)試系統(tǒng)：

其測(cè)量方法主要由以下幾種

1）用發(fā)射天線產(chǎn)生騷擾電磁場(chǎng)，

2）用TEM小室或GTEM小室產(chǎn)生騷擾電磁場(chǎng)，3）用混響室產(chǎn)生騷擾電磁場(chǎng)，

4）用亥姆霍茲線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)

3、傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)量系統(tǒng)：

有以下幾種測(cè)量方法

1）通過(guò)線路阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)LISN，

2）用電流探頭測(cè)量電源線上的干擾電源，

3）通過(guò)功率吸收鉗來(lái)測(cè)量電源線上的干擾功率

4、傳導(dǎo)敏感度測(cè)試系統(tǒng)：

往入干擾信號(hào)有以下幾種方法

1）通過(guò)變壓器向被測(cè)線路往入干擾信號(hào)，

2）通過(guò)耦合/去耦網(wǎng)絡(luò)向被測(cè)線路往入干擾信號(hào)，

3）通過(guò)注入探頭向被測(cè)線往入干擾信號(hào)。

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整車EMC所面臨的挑戰(zhàn)和相關(guān)國(guó)標(biāo)

高壓部件的集成化會(huì)帶來(lái)更嚴(yán)重的電磁干擾，高壓部件的電磁兼容設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)更大——電磁干擾強(qiáng)度高，部件之間耦合路徑復(fù)雜。

汽車智能與網(wǎng)聯(lián)化功能的拓展，給全面準(zhǔn)確的進(jìn)行工況模擬，探測(cè)EMC問(wèn)題帶來(lái)新的挑戰(zhàn)，因?yàn)槟壳癊MC 測(cè)試需要布置在暗室里，場(chǎng)地及測(cè)試設(shè)備的限制，如何在施加騷擾或者接收車輛部件輻射的前提下，使用模擬工況激發(fā)車輛的眾多傳感器做出貼近真實(shí)工況的反應(yīng)是目前的難點(diǎn)，而且目前應(yīng)對(duì)電磁干擾問(wèn)題，并無(wú)十分清晰的標(biāo)準(zhǔn)界定容忍程度，各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)仍在完善中。

EMC測(cè)試和整改均牽涉到系統(tǒng)級(jí)的改善，改善周期長(zhǎng)花費(fèi)大，給車企帶來(lái)較大成本壓力。而伴隨更多電氣部件和控制功能在車輛上的集成，零部件與整車EMC標(biāo)準(zhǔn)需要交互。

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汽車行業(yè)對(duì)車輛指定了嚴(yán)格的電磁兼容方面的標(biāo)準(zhǔn)，零部件首先需要通過(guò)電磁兼容性測(cè)試，集成到整車后，整車也要通過(guò)電磁兼容的全面考核。

隨著新能源車的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)及試驗(yàn)方法也在不斷完善，目前國(guó)際上相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)系列都進(jìn)行了更新。

國(guó)內(nèi)相應(yīng)的電動(dòng)車輛標(biāo)準(zhǔn)體系也在快速更新中。然而，由于傳統(tǒng)方法的慣性，多數(shù)人對(duì)車輛電磁兼容的理解和常規(guī)做法是以標(biāo)準(zhǔn)為導(dǎo)向的，即電磁兼容設(shè)計(jì)驗(yàn)證的目標(biāo)通常是滿足標(biāo)準(zhǔn)或法規(guī)要求；對(duì)于新能源車而言，技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用技術(shù)是超越標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展的，已有的標(biāo)準(zhǔn)雖然提出了試驗(yàn)設(shè)施要求和產(chǎn)品的試驗(yàn)要求，但細(xì)節(jié)方面還有待補(bǔ)充完善；對(duì)于產(chǎn)品開發(fā)和設(shè)計(jì)的指導(dǎo)作用尚有欠缺，以現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)為導(dǎo)向的做法并不能保證新能源車輛的電磁兼容性。

對(duì)于高壓電驅(qū)系統(tǒng)而言，現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)在動(dòng)態(tài)模擬狀態(tài)、試驗(yàn)布置、充放電模式、轉(zhuǎn)速、功率等參數(shù)選取定義方面還有待進(jìn)一步規(guī)范;在設(shè)計(jì)指導(dǎo)方面對(duì)屏蔽、濾波、接地系統(tǒng)集成后的共模干擾抑制、安全性準(zhǔn)則等方面應(yīng)建立相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系。

以下羅列的是現(xiàn)行的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)標(biāo)，供大家參考。

A. 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)

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