在上一篇推文中，我們了解了電磁兼容的相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)。

高壓電磁兼容性設(shè)計(jì) 專(zhuān)場(chǎng)一

對(duì)于如何根據(jù)高壓電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電磁干擾特性，提供有針對(duì)性的改善或解決措施，則是本文的主要內(nèi)容。

EMC設(shè)計(jì)三要素&有源器件的選型

理論與實(shí)踐證明，任何電磁干擾的發(fā)生必須具備3 個(gè)條件:干擾源、傳播干擾的途徑和易敏感設(shè)備。

干擾源、傳播途徑和敏感體是電磁干擾的三要素，缺一不可。

干擾源，指的是產(chǎn)生變化電壓或電流的零部件；

傳播途徑，包括傳導(dǎo)耦合和輻射耦合；

敏感體，即敏感設(shè)備，指易被干擾的設(shè)備。

作為電動(dòng)汽車(chē)的零部件應(yīng)從兩個(gè)方面盡可能優(yōu)化：一是盡量降低騷擾強(qiáng)度；二是盡可能地提高抗騷擾能力。

為了增強(qiáng)抗擾度并抑制騷擾，高壓部件應(yīng)從電磁敏感度、電磁騷擾發(fā)射、芯片封裝和電源電壓等四個(gè)方面優(yōu)選有源器件；

由于噪聲電流和瞬態(tài)負(fù)載電流是傳導(dǎo)騷擾和輻射騷擾的初始源，為實(shí)現(xiàn)電源的完整性，高壓部件PCB應(yīng)優(yōu)選多層板，盡可能減小引線(xiàn)電感；

減小門(mén)電路驅(qū)動(dòng)線(xiàn)對(duì)地分布電容和驅(qū)動(dòng)門(mén)輸入電容，以及安裝本地去耦電容和整體去耦電容等措施，都是有源器件能夠增強(qiáng)抗擾度的有效措施。

電磁兼容設(shè)計(jì)及具體方法

在進(jìn)行電磁兼容設(shè)計(jì)時(shí)要求：

①明確系統(tǒng)的電磁兼容指標(biāo)。電磁兼容設(shè)計(jì)包括本系統(tǒng)能保持正常工作的電磁干擾環(huán)境和本系統(tǒng)干擾其它系統(tǒng)的允許指標(biāo)。

②在了解本系統(tǒng)干擾源、被干擾對(duì)象、干擾途徑的基礎(chǔ)上，通過(guò)理論分析將這些指標(biāo)逐級(jí)分配到各分系統(tǒng)、子系統(tǒng)、電路和元件、器件上。

③根據(jù)實(shí)際情況，采取相應(yīng)措施抑制干擾源，消除干擾途徑，提高電路的抗干擾能力。

④通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證是否達(dá)到了原定的指標(biāo)要求，如未達(dá)到則進(jìn)一步采取措施，循環(huán)多次，直至達(dá)到原定指標(biāo)為止。

具體到實(shí)際設(shè)計(jì)中，一般需要進(jìn)行接地設(shè)計(jì)，屏蔽設(shè)計(jì)和濾波設(shè)計(jì)三種方法。

A. 接地設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)高壓系統(tǒng)前期，需要分析高壓系統(tǒng)內(nèi)各類(lèi)部件的騷擾特性、敏感特性、各電路的工作電平、信號(hào)種類(lèi)和電源電壓；將地線(xiàn)分類(lèi)、劃組；畫(huà)出系統(tǒng)布局和系統(tǒng)地線(xiàn)網(wǎng)。

在1MHz以下低頻電路部分采用單點(diǎn)接地，10MHz以上高頻部分采用多點(diǎn)接地；

電源地線(xiàn)都接到電源總地線(xiàn)上，信號(hào)地都接到信號(hào)總地線(xiàn)上，兩根總地線(xiàn)最后匯總到一個(gè)公共入地點(diǎn)搭車(chē)體連接；

信號(hào)源接地時(shí)，屏蔽層須在信號(hào)側(cè)接地；

采用信號(hào)隔離變壓器、平衡變壓器、光耦合器和差動(dòng)放大器實(shí)現(xiàn)對(duì)地環(huán)路的隔離；

B. 屏蔽設(shè)計(jì)

屏蔽是在兩個(gè)區(qū)域之間建立電磁屏障保護(hù)系統(tǒng)中的電路不受電磁環(huán)境損壞的最直接方法?？刹扇煞N屏蔽方式：其一，主動(dòng)屏蔽；其二，被動(dòng)屏蔽。

屏蔽所使用的材料包括：銅、鋁和鎂等良導(dǎo)電材料(用于高頻電場(chǎng)屏蔽)和鐵和鎳鐵高導(dǎo)磁合金(用于低頻磁場(chǎng)屏蔽)。

C. 濾波設(shè)計(jì)

屏蔽主要是為了解決輻射干擾，而濾波則主要是解決通過(guò)傳導(dǎo)途徑造成的干擾。

完成濾波作用的部件稱(chēng)為濾波器。濾波器主要抑制通過(guò)電路通路直接進(jìn)入的干擾，它是應(yīng)用最普遍的抗干擾方法。

根據(jù)信號(hào)與干擾信號(hào)之間的頻率差別，可以采用不同性能的濾波器，抑制干擾信號(hào)，提高信噪比。

雖然高壓線(xiàn)束是無(wú)源器件，但整個(gè)高壓交流系統(tǒng)具有較強(qiáng)的電磁干擾性，而線(xiàn)束零件作為從電源、電器設(shè)備、地(即車(chē)身)之間的連接通路，正是整車(chē)電磁干擾的“重要傳播途徑”。

同時(shí)，低壓線(xiàn)束，尤其是低壓通信線(xiàn)束，也是受電磁干擾影響較大的零件之一。

地電流造成的干擾

受成本和裝配限制，車(chē)身上可供接地的點(diǎn)是有限的。因此，多個(gè)設(shè)備通過(guò)同一個(gè)接地點(diǎn)與車(chē)身接地是不可避免的。

另外，設(shè)備的接地線(xiàn)也受制于成本、重量、線(xiàn)束安裝等諸多考量，只能在合理范圍內(nèi)選擇合適的導(dǎo)線(xiàn)線(xiàn)徑，存在一定阻抗。

換句話(huà)說(shuō)，電器件到蓄電池負(fù)極的接地路徑電阻不是零，這就導(dǎo)致整個(gè)回路上存在著不均衡電流，并互相影響。

汽車(chē)電子設(shè)備的接地方式一般為單點(diǎn)接地和多點(diǎn)接地的混合形式。

汽車(chē)電子設(shè)備接地方式示例

以設(shè)備1和設(shè)備2為例，A、B、C點(diǎn)電位分別為

由于地電位不為零，流過(guò)設(shè)備1的電流對(duì)設(shè)備2的地電位造成了影響，進(jìn)而影響設(shè)備2的電壓，同理，流過(guò)設(shè)備2 的電流也會(huì)對(duì)設(shè)備1造成影響。如果設(shè)備1或設(shè)備2的接地線(xiàn)過(guò)長(zhǎng)、線(xiàn)徑不夠粗，那么地電位的影響會(huì)更大。

導(dǎo)線(xiàn)間的串?dāng)_

線(xiàn)束由若干導(dǎo)線(xiàn)捆扎而成，每個(gè)回路上流過(guò)的電流特性各不相同，導(dǎo)線(xiàn)之間不可避免地存在串?dāng)_，并且向周?chē)h(huán)境輻射電磁波，對(duì)車(chē)內(nèi)或車(chē)外的電子設(shè)備造成干擾。線(xiàn)束如果自身防護(hù)做的不好，就會(huì)直接暴露在電磁干擾的環(huán)境下。

線(xiàn)束雖然不能脫離電子設(shè)備而獨(dú)自實(shí)現(xiàn)某種功能，但線(xiàn)束自身受到的電磁干擾會(huì)直接影響到與其連接的電子設(shè)備。尤其是當(dāng)電子設(shè)備對(duì)微弱信號(hào)較為敏感時(shí)，這種影響可能會(huì)直接導(dǎo)致控制器誤判而下達(dá)錯(cuò)誤的指令，造成功能性故障。

導(dǎo)線(xiàn)之間的串?dāng)_分為電容性耦合和電感性耦合兩種形式。平行布置的導(dǎo)線(xiàn)之間的電容和互感在某些頻段下不能被忽略，導(dǎo)致捆扎在一起的導(dǎo)線(xiàn)之間產(chǎn)生電磁干擾。

電容性耦合和電感性耦合

線(xiàn)束零件EMC設(shè)計(jì)

零部件電磁兼容性是整車(chē)電磁兼容性的基礎(chǔ)和前提，用于新能源車(chē)上的零部件應(yīng)滿(mǎn)足零部件電磁兼容性要求。

整車(chē)范圍內(nèi)首先保證零部件的EMC性能是符合標(biāo)準(zhǔn)要求。新能源汽車(chē)整車(chē)級(jí)屏蔽設(shè)計(jì)的重點(diǎn)應(yīng)是高壓系統(tǒng)的布局、屏蔽設(shè)計(jì)以及CAN通信網(wǎng)絡(luò)的抗干擾性處理。所以，在改善EMC的性能上我們應(yīng)該這么做：

盡量降低干擾的強(qiáng)度

是盡可能地提高抗干擾的能力

適當(dāng)?shù)膽?yīng)用屏蔽設(shè)計(jì)

但實(shí)際上，整車(chē)電磁兼容測(cè)試往往出現(xiàn)這樣一種情況，單獨(dú)對(duì)某個(gè)電子設(shè)備進(jìn)行電磁兼容測(cè)試合格，但將其放進(jìn)整車(chē)時(shí)卻無(wú)法通過(guò)測(cè)試，這往往跟線(xiàn)束有很大的關(guān)系。

基于以上原因，線(xiàn)束零件電磁兼容設(shè)計(jì)的重要性不言而喻。

線(xiàn)束EMC設(shè)計(jì)包括電源設(shè)計(jì)、搭鐵設(shè)計(jì)、布置設(shè)計(jì)和導(dǎo)線(xiàn)選型四個(gè)方面。

電源設(shè)計(jì)&接地設(shè)計(jì)

電源供電

由于很多電磁干擾都是通過(guò)電源耦合到電子設(shè)備中的，所以在系統(tǒng)供電上做專(zhuān)門(mén)的電磁兼容性設(shè)計(jì)。增加有效的變壓、穩(wěn)壓、濾波電路，使用高效率的開(kāi)關(guān)電源芯片和穩(wěn)壓濾波效果很好的低壓差線(xiàn)性電源芯片為系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的電源。

對(duì)于電源波動(dòng)敏感的傳感器類(lèi)電器件，不能與電壓波動(dòng)大的電器件共用電源。

圖 202 點(diǎn)火線(xiàn)圈與傳感器的電源須分開(kāi)

a. 對(duì)電源要求特別高的傳感器和執(zhí)行器，不應(yīng)直接從電源取電，應(yīng)將電源提供給控制單元，經(jīng)過(guò)控制單元處理后再供給傳感器和執(zhí)行器，從而保證其電壓穩(wěn)定可靠。

b. 和車(chē)輛主動(dòng)安全及被動(dòng)安全相關(guān)的電氣設(shè)備(例如ESP等)，大功率設(shè)備(例如空調(diào))，這些電氣回路上須采用獨(dú)立保險(xiǎn)絲，不應(yīng)與其他電器件共用電器件。

接地設(shè)計(jì)

使用去耦電容：每個(gè)集成電路的電源，地之間都加一個(gè)去耦電容。

去耦電容有兩個(gè)作用：一方面是本集成電路的蓄能電容，提供和吸收該集成電路開(kāi)門(mén)關(guān)門(mén)瞬間的充放電能；另一方面旁路掉該器件的高頻噪聲。

地線(xiàn)分隔：采用4層電路板設(shè)計(jì)以減小電源，地的寄生電感，有效增強(qiáng)系統(tǒng)的EMC性能。單獨(dú)的電源層和地層可以有效防止器件之間通過(guò)地線(xiàn)和電源的相互耦合，另外對(duì)于有不同性質(zhì)的地線(xiàn)采用分割隔離的方法，使不同屬性的地線(xiàn)的電流走不同的路徑，可防止信號(hào)串?dāng)_。

汽車(chē)電子設(shè)備大都通過(guò)線(xiàn)束接到車(chē)身上的各個(gè)接地點(diǎn)，一般認(rèn)為，車(chē)身的阻抗比線(xiàn)束的阻抗要小得多，據(jù)此，對(duì)于接地設(shè)計(jì)須盡可能遵循以下規(guī)則：

(1) 接地線(xiàn)長(zhǎng)度不能過(guò)長(zhǎng)，如果長(zhǎng)度不能調(diào)整對(duì)較長(zhǎng)的線(xiàn)束，為減小傳導(dǎo)和輻射干擾，可以考慮在線(xiàn)束上增加濾波，比較方便的方法是套接合適的鐵氧體磁環(huán)。

(2) 集成電力電子用電器的接地線(xiàn)最多只能通過(guò)一個(gè)連接釘接到車(chē)身上；

(3) 安全系統(tǒng)的接地要與其他電氣接地分開(kāi)布置，甚至雙接地，氣囊點(diǎn)爆裝置的功能地和靜電地要分開(kāi)；

(4) 傳感器的地不能和負(fù)載地(加熱器，電機(jī)等)、有大電流和電壓梯度的零件的地(點(diǎn)火線(xiàn)圈，噴油器，風(fēng)扇、電源控制器等)通過(guò)同一個(gè)連接釘接地；

(5) 各控制模塊的電子地與大功率感性負(fù)載的地線(xiàn)應(yīng)分開(kāi)；

(6) 大功率的LIN (Local Interconnect Network, 局域互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)) 節(jié)點(diǎn)其信號(hào)地和功能地要分開(kāi)；LIN網(wǎng)絡(luò)的主節(jié)點(diǎn)和從節(jié)點(diǎn)使用同一個(gè)接地點(diǎn)；

(7) 信息娛樂(lè)系統(tǒng)的接地呈星形分布，且不能與其他類(lèi)型的設(shè)備共同接地；

(8) 同系統(tǒng)可共用接地，避免不同系統(tǒng)間的串?dāng)_。

布置設(shè)計(jì)

不同類(lèi)型的導(dǎo)線(xiàn)回路在線(xiàn)束中一起捆扎無(wú)可避免地會(huì)互相影響。因此，易造成干擾的導(dǎo)線(xiàn)和易受干擾的導(dǎo)線(xiàn)應(yīng)該盡可能地分開(kāi)布置，建議遵循以下規(guī)則進(jìn)行線(xiàn)束布置：

(1) 傳感器之類(lèi)的弱信號(hào)線(xiàn)不能與大功率感性負(fù)載的電源線(xiàn)、地線(xiàn)并行布線(xiàn)，類(lèi)似設(shè)計(jì)必須提前到整車(chē)拓?fù)湓O(shè)計(jì)階段進(jìn)行。如無(wú)法避免，則需要增強(qiáng)弱信號(hào)用電器的抗干擾能力；

(2) 高壓線(xiàn)的走向稍稍變更，整車(chē)的EMC測(cè)試趨向就會(huì)有很大的變化，高壓線(xiàn)束應(yīng)盡量沿車(chē)身布置，優(yōu)化整車(chē)電磁輻射的環(huán)路，利用車(chē)身行程封閉的屏蔽艙；

(3) 高壓線(xiàn)束和低壓線(xiàn)束應(yīng)分開(kāi)布置，間距盡量大，必須靠近時(shí)應(yīng)盡可能垂直交叉布置；

(4) 收音機(jī)天線(xiàn)周?chē)荒懿贾闷胀▽?dǎo)線(xiàn)，且天線(xiàn)延長(zhǎng)線(xiàn)需盡可能緊貼車(chē)身布置；

(5) 阻抗轉(zhuǎn)換器與天線(xiàn)結(jié)構(gòu)之間的連接，以及收音機(jī)濾波器與天線(xiàn)結(jié)構(gòu)之間的連接，均不能和其他線(xiàn)束一起捆扎走線(xiàn)；

(6) 承載大電流時(shí)鐘信號(hào)的導(dǎo)線(xiàn)必須在距離收音機(jī)、放大器等較遠(yuǎn)的地方布置；

(7) 通過(guò)繼電器切換的雨刮電機(jī)的電源線(xiàn)和地線(xiàn)必須一起靠近布線(xiàn)，倒車(chē)影像的電源線(xiàn)和視頻線(xiàn)須沿著車(chē)身的同一側(cè)布線(xiàn)，倒車(chē)影像的視頻線(xiàn)應(yīng)避免和流過(guò)PWM信號(hào)線(xiàn)一同捆扎。同方向布線(xiàn)。

本文我們介紹了線(xiàn)束零件設(shè)計(jì)階段應(yīng)如何根據(jù)高壓電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電磁干擾特性，提供有針對(duì)性的改善或解決措施，下篇推文，我們將繼續(xù)為大家?guī)?lái)如何選擇特殊導(dǎo)線(xiàn)來(lái)解決車(chē)輛信號(hào)數(shù)據(jù)傳輸速率的問(wèn)題，以及整車(chē)電磁兼容的基本測(cè)量方法和汽車(chē)電子兼容標(biāo)準(zhǔn)體系。

審核編輯 ：李倩