汽車電子裝置可靠性設(shè)計

1、汽車電子研究室規(guī)格嚴格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽車工程學院汽車工程學院羅念寧2007.8HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY2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)計和試驗。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY3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、塵沙及大氣壓等其中最普遍、危害最大且無法回避的是溫

2、度、濕度環(huán)境。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY4-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-83。-在汽車內(nèi)部，由于發(fā)動機工作時的熱排放、觸點電火花、機械接觸件的熱磨擦、電子的熱運動等諸多因素，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

3、的溫度還與車型及車況有關(guān)。例如，汽車爬坡或加速時，溫度升高；汽車怠速時，溫度降低。若汽車停車時發(fā)動機仍以怠速運轉(zhuǎn)，如果冷卻系工作不良，發(fā)動機室的溫度將迅速上升到比行車時還要高。車內(nèi)溫度變化最快的是汽車剛起動的一段時間(約十幾分鐘)，溫度急劇上升。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY5- 顯然汽車內(nèi)各部位的溫度和濕度是個隨機變量，各類車的車內(nèi)最高溫度也沒有統(tǒng)一的標準。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)計和試驗標準，各行業(yè)都頒布有相應(yīng)的標準。表9-1 日本JASO提供的汽車各不同工作部位最高測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

4、行李架上部110排氣歧管表面140發(fā)動機冷卻水120交流發(fā)電機進氣流130發(fā)動機機油150分電路表面135變速器闊沿油150盤式制動器襯墊500進氣歧管表面120JASO(日本汽車標準組織)HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY6表9-2 美國SAE汽車各不同工作部位最高測試溫度極限值發(fā)動機室阻風門殼體240車外通常133排氣歧管649車內(nèi)儀表板85進氣歧管121車頂113機罩防火壁141地板85底盤絕緣部84后貨臺104熱源附近121行李箱通常85最高溫部位177SAE(美國汽車工程師協(xié)會)HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY7- 溫度和濕度對電

5、子產(chǎn)品的影響通常都不是獨立的。其結(jié)果都是使得絕緣破壞、機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，對電于產(chǎn)品的浸蝕越嚴重；在一定的濕度下，溫度越高，水分子活化能量越大.對電子產(chǎn)品的滲透力越強。- 對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)動力學平衡方程式估算：)/exp(bTECt t老化時間(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=1.38x10-3(JK)；T絕對溫度(K)HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY8電子產(chǎn)品的老化時間隨溫度T的

6、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，產(chǎn)品老化(以相對于T0時老化速度的倍數(shù)計)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 TECHNOLOGY9表給出的是溫度變化時，水分子幾個主要特性參數(shù)變化情況，其中與產(chǎn)品老化有關(guān)的是內(nèi)擴散系數(shù)。顯然，溫度越高，內(nèi)擴散系數(shù)超大，產(chǎn)品老化速度越快。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY10汽車電子裝置的溫度、濕度試驗分室內(nèi)和室外兩種方式。- 室內(nèi)試驗是一種模擬環(huán)

7、境試驗，即根據(jù)產(chǎn)品工作的溫度、濕度變化范圍，在規(guī)定時間內(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)的標準和測試方法進行這項試驗，- 室外試驗是電子裝置裝車后進行的工況環(huán)境適應(yīng)性試驗。這種環(huán)境適應(yīng)性試驗可根據(jù)汽車溫濕度環(huán)境要求，選擇相應(yīng)的寒帶、熱帶的野外進行。為了規(guī)范測試，各國都建有專用的低溫、高溫試驗場。例如美國通用汽車公司(GM)在加拿大的安大略省巴斯加市設(shè)置有低溫試驗場，而在美國亞利桑那州的麥塞市設(shè)置有高溫沙漠試驗場，能提供比較規(guī)范的野外工況試驗。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY11圖為美國

8、SAE制定的一種室內(nèi)試驗方案，試驗最低溫度為-40，最高溫依受試產(chǎn)品在汽車內(nèi)工作部位按表9-2選?。粷穸劝聪鄬穸萊H的百分比選取。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY12除溫度、濕度環(huán)境外，下列環(huán)境對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，各部位會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。為檢驗產(chǎn)品對浸水及結(jié)冰的承受能力，應(yīng)進行浸水及冰凍室內(nèi)模擬試驗。-鹽霧：在沿海地帶，海風中含有大量的鹽霧。在積雪地方有時為了防止結(jié)冰，在道路上撒鹽。汽車在這些地段行駛時，電子裝置將會受到鹽霧的侵蝕，為了檢驗電于裝置受鹽霧侵蝕而拒腐蝕

9、能力，應(yīng)在室內(nèi)對汽車電子產(chǎn)品進行5鹽水噴霧試驗。-塵沙：灰塵及風沙會引起一些電器觸點接觸不良，沉積在元器件表面上的灰沙，吸濕后還會引起漏電現(xiàn)象。為檢驗電子裝置對塵沙的承受能力，應(yīng)按產(chǎn)品工作部位的塵沙環(huán)境作相應(yīng)的風沙模擬試驗。-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)作高海拔試驗或在產(chǎn)品設(shè)計時予以考慮。-油污：汽車內(nèi)的機油、汽油、黃油及大氣中的有害化學分子對電子裝置的侵蝕，會引起電子器件、導線、接插件腐蝕變質(zhì)，加速老化，應(yīng)在產(chǎn)品設(shè)計及安裝時予以重視，采取一定的防范措施。HARBIN INSTITUTE OF TECHN

10、OLOGY13機械物理環(huán)境對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、加速、急剎車等原因，引起的振動和沖擊。- 汽車電子裝置所承受的振動及沖擊是隨機的，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)生的振動及沖擊強度不一樣，因而對不同部位的電子裝置的振動試驗條件也不一樣。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY14表9-5是美國通用汽車公司推薦的振動試驗條件，可供參考。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY15振動強度A越大，老化的速度越快，即振動試驗所需的老化時間t越小。振動對汽車電于裝置可靠性的影響，一般可用下式表

11、示bACt/1t老化時間：b正常數(shù)；C正溫度系數(shù)；A振動強度或電壓值。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY16電磁物理環(huán)境是對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輻射的電磁波等，對工態(tài)下的汽車電子裝置產(chǎn)生干擾。 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)電機并聯(lián)供電，以標稱電壓為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。當部分虧電的蓄電池在低溫下起動時，其端電壓可能降到7V左右。當發(fā)電機調(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，可

12、使發(fā)電機輸出電壓上升至18V。若此18V電壓對蓄電池充電，可能導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 TECHNOLOGY17- 對于上述這些異常電壓的出現(xiàn)，要求汽車電子裝置不至被損壞，工作的可靠性不至受到嚴重影響。為此一方面要在電路設(shè)計上采取相應(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。- 表9-6是美國SAE推薦的異常電壓允許值。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOG

13、Y18 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，這種儲能元件所產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象會在部分電路中出現(xiàn)瞬時高電壓。這種瞬時電壓都具有脈沖性質(zhì)，且能量較大，可能導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型很多，但可規(guī)范為發(fā)電機拋負載、電感負載斷路、激磁衰減及電磁耦合等四種方式，它們對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條件。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY19 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

14、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 TECHNOLOGY20現(xiàn)代汽車的車載電子裝置越來越多，汽車電系已成為強電與弱電交叉、機械與電子一體化的典型產(chǎn)物，使得來自汽車內(nèi)、外的電磁噪聲對車載電子裝置形成電磁干擾。相對而言，車內(nèi)的電磁干擾源對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)幾個主要的干擾源形成機理及其特征。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY21- 來自汽車外部的電磁噪聲源主要有：雷電、雷達、電臺用無線電發(fā)射機、高壓輸電線的電暈放電、熒光燈的輝光放電、探

15、照燈的弧光放電及其它車輛、飛機、艦船發(fā)動機點火等，這些噪聲源產(chǎn)生的電磁躁聲以電磁波的形式對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)動機點火、各類開關(guān)觸點之間的間隙放電、電路瞬變、電磁耦合及靜電放電等，這些噪聲源所產(chǎn)生的電磁噪聲。- 一部分在汽車電系內(nèi)通過導體及器件傳播，對車內(nèi)敏感的電子器件形成傳導干擾，另一部分向空間輻射，對車外的電磁環(huán)境產(chǎn)生污染。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY22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)電機拋負載和發(fā)電機磁場突然衰減時。HARBIN INSTI

16、TUTE OF TECHNOLOGY23圖中發(fā)電機被等效為一個電感L和電動勢E的串聯(lián)電路，負載則等效為支路電阻R1和R2并聯(lián)，發(fā)電機輸出電流RLI1+I2。設(shè)R2為被拋的大負載，即R2I1。當開關(guān)K突然斷開時，電路換路引起電流IL產(chǎn)生瞬變.在負載Rj上產(chǎn)生的過電壓為：發(fā)電機電樞統(tǒng)組上的感應(yīng)電流為： 發(fā)電機拋負載瞬變發(fā)電機拋負載瞬變- 發(fā)電機在正常工作時，若負載突然減小或完全無負載，則發(fā)電機由于輸出電流急劇下降，在發(fā)電機電樞繞紅上產(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 TECHNOLOGY24- 顯然

17、，發(fā)電機拋負裁瞬變電壓UL，是一個正向指數(shù)脈沖電壓，其前沿較陡(約50100us)，后沿按指數(shù)規(guī)律下降，衰減時間約150350ms。- 拋負載瞬變電壓的幅值主要決定于拋負載程度，即R1R2比值的大小，通?？蛇_75125V。- 最嚴重的拋負載瞬變發(fā)生于發(fā)電機滿載運行時與蓄電池的連接斷開狀態(tài)下拋負載，此時電樞繞組上產(chǎn)生較大的能量泄放，對R1支路上的電子器件形成較強的沖擊，必須設(shè)法使其安全泄放。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY25 激磁衰減瞬變激磁衰減瞬變- 當發(fā)電機激磁繞組電路故障開路，或因點火開關(guān)斷開切斷激磁電流回路時，在激磁繞組上將產(chǎn)生磁場衰減瞬變過電壓。此瞬變過電

18、壓為一負向指數(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120V左右，前沿約5-10ms，衰減時間約200 ms，對調(diào)節(jié)器中的敏感器件構(gòu)成威脅。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY26汽車內(nèi)部最強的電磁干擾源是點火系。汽車發(fā)動機點火時，點火線圈初次級瞬變電壓很高，對車載電子裝置產(chǎn)生很強的傳導干擾。同時，由于火花塞電極放電強烈，對周圍的空間形成很強的電磁輻射。汽車點火系等效電路如圖9-3所示。max1max2221max1)/(1KUUCCLIUPI1為觸點閉合時點火初級繞組電流觸點斷開時，I1上升到IP；I2是觸點斷開后點火次級繞組的放電電流，IL為初

19、級繞組剩余磁場形成的電感放電電流；IC為次級高壓回路分布電容形成的電容放電電流；觸點斷開后I2IL+IC。在初次級線圈產(chǎn)生高壓：HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY27斷電器觸點打開瞬間，初級繞組感應(yīng)電壓幅值可高達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，勢必對初級電路中的電子器件構(gòu)成威脅，甚至通過信號線對其它系電子裝置的正常工作形成傳導干擾。斷電器觸點打開瞬間，次級繞組感應(yīng)電壓幅值可高達25kv以上，形成足夠的點火電壓和點火能量，使火花塞電極間隙擊穿，產(chǎn)生強烈的火花放電。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

20、組成，其中IC數(shù)值大時間短，IL數(shù)值小而時間長，并伴隨有高頻振蕩?；鸹ǚ烹妼a(chǎn)生約0.151000MHz的寬帶電磁波，對車內(nèi)及車外數(shù)十米以內(nèi)的電子裝置的正常工作產(chǎn)生強烈的輻射于擾。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY28汽車電系內(nèi)存在著大量的感性負載，如各種電動機、繼電器、電磁閥、電喇叭等，其線圈在開路瞬間，都會成為一種寬頻譜、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)的邏輯錯誤，甚至導致部分敏感器件或固體組件的損壞。圖9-4是模擬感性負載開路瞬變的等效電路及其反向瞬變脈沖電壓的波形圖。當繼電器觸點J打開時，原負載RL上的

21、電流被突然中斷，在電感兩端產(chǎn)生反向瞬變電壓，其峰值可達工態(tài)直流電壓的幾十倍，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 TECHNOLOGY29汽車電系內(nèi)分布有大量的觸點，它包括開關(guān)觸點、繼電器觸點、整流子電機的電刷與整流子間觸點等。這些觸點都是用來通斷電流的，但在其要開未開、或要閉未閉瞬間，都會產(chǎn)生程度不同的火花放電現(xiàn)象。這種觸點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常可達到造成危害的程度。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY30沖擊電壓峰值可高達上千伏，衰減振蕩，振蕩頻率約0.1500MHZ

22、。初始脈沖的前沿只有幾個納秒。圖95是模擬串激式直流電動機開關(guān)觸點干擾源，這里的觸點K指的是電刷與整流子問間隙觸點。電動機旋轉(zhuǎn)時，此觸點K不斷地接通和斷開，電機繞組中的電流斷續(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，同時可通過電源線對其它電路產(chǎn)生傳導干擾。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY31靜電產(chǎn)生的機理是兩種不同物質(zhì)相互摩擦時，會在兩物體間引起電子及離子的移動，其結(jié)果，使得兩物體的表面分別帶上正電荷和負電荷，稱其為靜電。汽車在行駛時，車輪與地面

23、的摩擦、車身與空氣的摩擦、氣流與氣管壁的摩擦、機架與支承間的摩擦、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，最高可達上萬伏。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY32表99為質(zhì)地不同的工作服與內(nèi)衣摩擦時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放電電流將產(chǎn)生電磁輻射和傳導于擾。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY33汽車電系內(nèi)存在著大量的成束包扎的導線及多點搭鐵的地回路，較長的無屏蔽配線及搭鐵阻抗在汽車電系內(nèi)產(chǎn)生磁感應(yīng)耦臺和電容耦合。耦合噪聲電壓

24、最高幅度可達200V以上，持續(xù)時間可達300ms，對部分電子裝置工作的可靠性產(chǎn)生干擾。尤其對車載電子儀器和儀表的正常工作影響較大。-平行兩根導線，電磁耦臺噪聲電壓：-兩導線電磁耦臺噪聲電壓為同時由于多點搭鐵形成共同的阻抗通道，當一條導線上的電流通過共阻抗通道時，也會在另一條導線上產(chǎn)生共阻抗耦合干擾。ddlLMMIfUNNLN2) 12(ln22NiiNCUZCjZCjU12121L長度， d中心距離為M兩導線間的互感IN噪聲電流，fN噪聲頻率HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY34為了定量地分析汽車電系電磁干擾強度及汽車電子裝置或器件抗干擾能力，需要科學地測試電磁發(fā)射量

25、和敏感度。-發(fā)射量測試是對汽車電系各種電磁干擾源發(fā)射電磁能的大小和屬性進行測試，它包括傳導發(fā)射測試和輻射發(fā)射測試。-敏感度測試是對各汽車電子裝置或器件抵御外來電磁干擾能力進行測試，亦包括對傳導發(fā)射敏感度的調(diào)試和對輻射發(fā)射敏感度的測試。EMC（電磁兼容）EMI（電磁干擾） EMS （電磁相容）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY35 電磁干擾測試包括傳導干擾測試和輻射干擾測試，這些測試都必須按照某一公認的測試方法進行。 傳導干擾測試傳導干擾測試-傳導干擾測試即是對可能形成傳導干擾的干擾源電磁發(fā)射量的測試。汽車電系內(nèi)大多數(shù)電磁干擾源都可能對車載電子裝置或器件形成傳導干擾，尤

26、其是各種瞬變電壓干擾危害極大。對這些瞬變電壓的測試可參照ISO和CISPR等(見附錄)有關(guān)標準進行。圖96中的電阻及用來模擬車上與被測設(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P、B之間的阻抗。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY36- 瞬變電壓調(diào)試是在實驗室模擬汽車工況的試驗臺上進行。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：將被測設(shè)備與電源隔離，防止來自電源側(cè)的干擾進入校測設(shè)備，保證干擾測試記錄儀器接收到的干擾只來自被測試設(shè)備本身；人工電源網(wǎng)絡(luò)在實驗室條件下代替汽車線

27、束阻抗作為參考標準，使呈現(xiàn)在被測試設(shè)備輸入端的阻抗保持規(guī)定的特性，即保證在測試時具有統(tǒng)一固定的線路阻抗，從而使測試結(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，布線時應(yīng)注意兩者隔離，不得交叉走線。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY37傳導干擾還可以采用電流法進行測試，國標GB和CISPR測量傳導發(fā)射量用電壓法，軍標GJB則采用電流法。測量傳導干擾電流時線路阻抗十分重要，此時線路阻抗穩(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

28、及隔離電源與被測設(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線串聯(lián)，其引線電感將穿心電容器轉(zhuǎn)換為一個低通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。在傳導干擾及敏感度測試中，常用10uF穿心電容器作為電源線濾波。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY38 輻射干擾測試輻射干擾測試-輻射干擾測試是對可能形成輻射干擾的干擾源電磁發(fā)射量的測試，這種測試是在屏蔽室或開闊場地(3m、10m、30m)上進行。對輻射干擾測試的目的是在于保護外界環(huán)境中的無線電接收機及其它敏感設(shè)備，以及保護安裝于同一輛車上的接收機免受車內(nèi)的

29、輻射發(fā)射量的干擾。-按CISPR要求，輻射干擾測試首先應(yīng)按被測設(shè)備的大小來確定測量距離從接收天線的中心至被測設(shè)備外表的距離。小型被測設(shè)備的測量距離選3m和10m，大型被測設(shè)備的測量距離選30m乃至100m。第二步應(yīng)找出被測設(shè)備的最大輻射方向，因為所測的輻射場強必須是該測量距離下的最大輻射場強。為了找出最大輻射方向，對于小型被測設(shè)備，可將其置于能轉(zhuǎn)動的調(diào)試平臺上，旋轉(zhuǎn)平臺，很容易找出最大輻射方向，然后調(diào)節(jié)接收天線的高度。對于大型被測設(shè)備，特別是高頻設(shè)備，需靠移動接收天線和測試儀表來尋找最大短射方向。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY39 輻射干擾測試輻射干擾測試-室內(nèi)測

30、試應(yīng)在電波暗室內(nèi)進行。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發(fā)生反射而影響測量結(jié)果。室外測試應(yīng)選擇沒有電磁波反射物的空曠露天場地。-被測設(shè)備發(fā)射出的電磁波通常是寬帶場強，不同頻段場強的有效接收應(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。目前國際上最著名的輻射干擾測試設(shè)備生產(chǎn)廠家是德國的Rohde Sehwarz公司，它能提供各頻段場強調(diào)試的全套設(shè)備。世界上有關(guān)汽車輻射干擾標準已有很多，但大多源于CISPR出版物。我國1992年頒布的GB14023-92即源于CISPR的12號出版物車輛、機動船和火花點火發(fā)動機驅(qū)動

31、裝置無線電干擾特性的測量方法及允許值。這是一個整車輻射發(fā)射量的測試標準，作為我國的一個強制性國家標準，對汽車向周圍環(huán)境輻射的電磁波作了限制，以保護附近的廣播電視接收機的正常工作。測試的頻率為301000MHz，測試用接收天線與車輛之間的距離為10m。CISPR25號出版物是對車上電子電氣設(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、電視機、無線電話等免受同一輛車上的部件產(chǎn)生的輻射干擾的影響。-寬帶干擾源包括點火系、發(fā)電機、雨刮馬達、空氣壓縮機、車窗升降馬達等：-窄帶干擾源主要是微處理器、振蕩器和時鐘發(fā)生器等。HARBIN IN

32、STITUTE OF TECHNOLOGY40 電磁干擾測量儀電磁干擾測量儀- 電磁干擾信號波形有多種形式，且大多帶有脈沖性質(zhì)，用一般的正弦波或調(diào)制正弦波測量儀器，很難獲得較精確的測量結(jié)果。- 目前可用于電磁干擾信號波形的測量儀主要有干擾測量儀、頻譜分析儀、記憶示波器和瞬態(tài)記錄儀。除第一種干擾測量儀外，另三種都是通用的測量儀，它們用于干擾測量有各自的特點。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY41電磁敏感度調(diào)試是檢查電子裝置或器件對電磁干擾敏感程度的測試，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)值大于實際作用于該設(shè)備的電磁干擾量，

33、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)測試包括傳導敏感度測試和輻射敏感度調(diào)試。 傳導敏感度測試傳導敏感度測試-傳導敏感度測試一般在實驗室內(nèi)進行，汽車電系內(nèi)各種傳導干擾信號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)被測設(shè)備工作是否正常來確定該設(shè)備的傳導敏感度。-汽車電系內(nèi)各種傳導干擾信號中影響較大的是各種瞬變脈沖信號，這些信號的耦合機理、傳遞特點等許多問題的認識和理解各國還不完全一致，但作為敏感度測試的模擬信號各標淮組織(ISO、SAE、DIN和EEC)的認識基本一致，主要的瞬變脈沖信號有如下幾種。HARBIN INSTITUT

34、E OF TECHNOLOGY42Pulse1模擬感性負載從電源上斷開時，與該感性負載并聯(lián)的設(shè)備上所承受的負向瞬變指數(shù)脈沖電壓。Pulse2模擬感性負載電流突然被切斷時，與該感性負載串聯(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，由于分布電容和電感的影響所產(chǎn)生的正(3b)、負(3a)開關(guān)脈沖串。Pulse4模擬發(fā)動機起動時，由于起動電動機的接人而引起的電源電壓瞬時跌落。Pulse5模擬發(fā)電機正常工作時，由于突然拋負載所產(chǎn)生的正向瞬變指數(shù)脈沖電壓。Pulse6模擬點火線圍初級繞組中的電流突然被中斷時所產(chǎn)生的正向瞬變指數(shù)脈沖電壓。Pulse7模擬發(fā)電機激磁磁場突然衰減時所產(chǎn)生

35、的負向瞬變指數(shù)脈沖電壓。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY43圖9-12為電源線和信號線傳導敏感度測試電路。對于某一被測設(shè)備，應(yīng)只選取在汽車工況下該設(shè)備實際可能承受的瞬變脈沖對其進行測試，測試結(jié)果經(jīng)衰減器送監(jiān)視器指示。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY44 脈沖干擾模擬器脈沖干擾模擬器-脈沖干擾模擬器也叫干擾脈沖發(fā)生器，能按照標準規(guī)定模擬輸出上述某一種或幾種脈沖波形。目前國際市場上有指數(shù)脈沖和矩形脈沖兩種于擾模擬器，矩形脈沖上升沿時間小于指數(shù)脈沖上升沿時間，輸出脈沖頻譜較寬，但電路結(jié)構(gòu)復雜，一般供研究電子設(shè)備敏感度使用，通常檢驗電子設(shè)備的敏感

36、度采用指數(shù)脈沖干擾模擬器。-圖913所示矩形與指數(shù)形兩脈沖的等價關(guān)系rPrPttUU5 . 04 . 1HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY45- 指數(shù)形脈沖可通過電容放電產(chǎn)生，E為高壓電源。當TI合T2開時，電容C充電到UC=E。當T1開T2合時，電容C放電，電阻負載RL上獲得的電壓為指數(shù)脈沖，放電的時間常數(shù)。當Ri=RL時，負載RL初始電壓1/2E，脈沖寬度tp為負載電壓由UP降到1/2Up的時間。經(jīng)計算可得，一般取1us。負載電壓上升時間取決于放電電容C和配線分布電感。為模擬配線阻抗，可取Ri50。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY46-

37、矩形脈沖可通過同軸電纜放電產(chǎn)生，其儲能元件為同軸電纜。利用電纜芯線與屏蔽層間的電容來儲能，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，若RL=Z0，則UB突然由E降到1/2E，等效于在B點接人(-E2)的電壓。此電壓以電磁波速度傳到A點，由于RZ。，相當于開路狀態(tài)，入射至A點的電波全部反射回B點，與B點原E/2電壓疊加后，使UB0。所以在負載上形成矩形脈沖，其幅值Ut=E/2，脈沖寬度tr2l/v(l為電纜長度，v為電磁波在電纜中的傳播速度2x105m/s).脈沖上升時間可達1ns，每米電纜所對應(yīng)的脈寬為10ms。HARBIN INSTITUTE OF TECHN

38、OLOGY47在我國市場上用于汽車電子裝置傳導干擾敏感度測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，可按標淮需要模擬輸出各種測試脈沖。近幾年來國內(nèi)也有不少單位從事干擾模擬器的研究，武漢汽車工業(yè)大學研制的汽車傳導干擾模擬器亦具有程序控制功能。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY48 輻射敏感度測試輻射敏感度測試- 輻射敏感度測試系統(tǒng)一般由場強激勵器(信號發(fā)生器、功率放大器、發(fā)射天線)、場強檢測設(shè)備(場強探測器或測量儀)、被測設(shè)備和監(jiān)測被測設(shè)備工作性能用的測量設(shè)備四部分

39、組成。其中心問題是如何建立已知的、均勻的、高強度的寬頻率帶敏感場，且敏感場輻射的場強重復性要好，并要求敏感場不影響周圍設(shè)備(包括測試設(shè)備)的正常工作。特別是當被測設(shè)備的尺寸較大時，要實現(xiàn)上述要求是相當困難的。美國在這個領(lǐng)域的研究在世界上處于領(lǐng)先位置，先后提出了多種替代方法，如平行板帶狀線法、長線天線法、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設(shè)備且有不同頻帶的敏感場。-輻射敏感度測試的場地可以是室外空曠試驗場，亦可以是電磁屏蔽室，各種輻射敏感度測試方法祥見美國SAEJ1113及SAE1812等標準。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY49HARBIN INST

40、ITUTE OF TECHNOLOGY50一般來說，形成電磁干擾必須同時具備三個因素：- 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：- 對于擾源采取屏蔽、隔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。- 對電子設(shè)備或器件采取提高線路信噪比、增大開關(guān)時間、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)計時都必須予以認真考慮，其中屏蔽、接地和濾波是抑制電磁干擾的三項基本措施。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY51- 屏蔽是利用屏蔽體來阻止電磁干擾源的電磁能發(fā)射

41、的重要手段。電場屏蔽簡稱電屏蔽，它包括靜電屏蔽和交變電場的屏蔽。磁場屏蔽 簡稱磁屏蔽，它包括低頻磁屏蔽和高頻磁屏蔽。電磁屏蔽是對電場和磁場同時加以屏蔽，一般是指對高頻電路磁場進行屏蔽。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY52靜電屏蔽-圖916是靜電屏蔽示意圖。當屏蔽體內(nèi)存在著帶正電荷的導體A時，在屏蔽體的內(nèi)側(cè)感應(yīng)出等量的負電荷。當屏蔽體B末接地時，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，實際上沒有起到屏蔽作用。當屏蔽體接地時，如圖916(b)所示，使得屏蔽體外側(cè)與大地等電位，才能將靜電場封閉在屏蔽體內(nèi)，屏蔽體外側(cè)不形成電場，真正起到屏蔽作用。HARBI

42、N INSTITUTE OF TECHNOLOGY53靜電屏蔽-圖917是對外來場的靜電屏蔽。由于屏蔽導體為等位體，在屏蔽體內(nèi)部不會形成電場。在屏蔽體外側(cè)表面，一邊形成正電荷，一邊形成負電荷。當屏蔽體完全封閉時，不管屏蔽體是否接地，外電場都不可能侵入屏蔽體內(nèi)部。但實際的屏蔽往往不能完全封閉，此時不接地就會引起外電場侵入，形成屏蔽體內(nèi)外靜電耦合，降低屏蔽效能。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY54交變電場屏蔽屏蔽-對于交變電場，干擾的傳遞是通過電路中分布電容進行耦合的。當干擾源S與受擾設(shè)備R間無電屏蔽時，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)備對地形成一定

43、的感應(yīng)電壓，加在受擾設(shè)備對地的分布電容CR兩端，如圖918(a)所示。此時的感應(yīng)電壓為：當干擾源S與受擾設(shè)備R間加人良導體屏蔽體P時，并使P有良好的接地，如圖918(b)所示，此時的感應(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 TECHNOLOGY55分布電容C2 Csr ，是因為屏蔽體P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 TECHNOLOGY56(2)磁場屏蔽-簡稱磁屏蔽，它包括低頻磁屏蔽和高頻磁屏蔽。-低頻磁屏蔽

44、是指對變化頻率在1KHz以下的干擾磁場的屏蔽，采用高導磁材料制成屏蔽罩，對干擾磁場進行分路。根據(jù)分磁原理，把本來要穿過受擾設(shè)備形成低頻磁場干擾的磁力線，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，因為這樣的開口或縫隙將導致磁阻增大，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，導磁率將明顯下降。只適用于作低頻磁場的屏蔽-高頻磁場的屏蔽應(yīng)采用良導體材料(

45、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特性來達到屏蔽高頻磁干擾的。即是說，當高頻干擾磁力線入射屏蔽罩時，在屏蔽罩表面產(chǎn)生高頻電渦流，電渦流頻率越高、強度越大，阻止磁力線穿過的能力越強，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電渦流，因而選擇渦流回路電阻小的良導體。為了不切斷渦流通道，屏蔽罩上盡量不要有開口及導致渦流回路電阻增加的縫隙。磁屏蔽罩接地與否對屏蔽效能沒有影響，這一點與電屏蔽不同，電屏蔽必須接地。如果將良導體屏蔽罩接地，它將同時具有電場屏蔽和高頻磁場屏蔽的作用，

46、因而實用中還是將屏蔽罩接地。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY573)電磁屏蔽-是對電場和磁場同時加以屏蔽，一般是指對高頻電路磁場進行屏蔽。-在交變場中，電場和磁場總是同時存在的，只是在頻率較低時，電磁波不能向遠方輻射，電場和磁場僅在近區(qū)相互感應(yīng)、來回轉(zhuǎn)換，故常稱為近場或感應(yīng)場。這種近場的能量隨干擾源的特性不同，電場分量和磁場分量有很大的差別。高壓低電流源以電場為主、磁場分量可以忽略，這時只需考慮電場屏蔽；低壓大電流干擾源則以磁場為主，電場可以忽略，這時可以只考慮磁場屏蔽。-隨著頻率的增高，電磁輻射能量增強，從而形成遠程輻射干擾，相應(yīng)地常稱其為遠場或輻射場。頻率越高，

47、輻射的電場能和磁場能都越大，且都不可忽略。這時因為頻率很高時，電場的高速變化在空間產(chǎn)生強大的位移電流(位移電流強度與頻率成正比)。強大的位移電流在其鄰近產(chǎn)生強大的交變磁場，此交變磁場又在附近產(chǎn)生變化的電場，如此循環(huán)往復。高速變化的電磁場不但相互轉(zhuǎn)換而且在空中向前推進，這種推進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，必須采用良導體作屏蔽罩，并將屏蔽罩接地。由于高頗的集膚效應(yīng)，對于良導體的穿透深度很小，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結(jié)構(gòu)上密實完整、電氣上連續(xù)均勻。尺寸遠大于電磁波波長的鋁、銅或銅鍍銀的金屬板殼

48、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心型屏蔽體。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心屏蔽體。非實心屏蔽體上的孔洞或縫隙都可能引起電磁能的泄漏，導致電磁屏蔽效能的降級。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY58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)件實現(xiàn)對大地的電氣接觸，并以大地作基準零電位。主要目的是為雷擊放電或靜電放電提低阻泄放通道，以保護設(shè)備及工作人員的安全。-另一是接信號地或系統(tǒng)地，即取電子設(shè)備的金屬底座、機殼、屏蔽罩或較大截面的銅導

49、體，作為設(shè)備電路信號的參考點，并設(shè)該參考點的電位為零(但不是大地零電位)，這種具有相對零電位的參考點，被稱為信號地或系統(tǒng)地。接信號地的主要目的是給電路信號提供個穩(wěn)定的零電位參考點，以提高電路工作的穩(wěn)定性，理想的信號地應(yīng)是一個零電位、零阻抗的接地實體，即一個足夠大的接地平面，且平面上各點之間都不存在電位差。實際上真正理想的信號地是不存在的，即使是電阻率接近零的超導，其表面兩點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。若信號地能與大地連接，使電子設(shè)備有一個理想的零電位點，能有效地抑制外界電磁場的影響，保證電路工作的穩(wěn)定性。有效地泄放因靜電感應(yīng)在機殼上積累的電荷，避免電荷積累過多形成高

50、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。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY59電子設(shè)備接地通常有三種方式：單點接地、多點接地和浮地。單點接地是指整個電路系統(tǒng)中，只有一個接地參考點，各部分電路需要接地的點都各自直接接到這一參考點上，各接地線不能形成共有的通道，-單點接地一般用于頻率在300Mh以下的電路，因為當頻率很高時，其波長縮短到接近于接地引線長度的四倍時，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。多點接地是指整個電路系統(tǒng)中，各部分電路需要接地的點就近接地。-多點接地一般用于頻率在300kHz以上的電路，因為采用多點接地后，

51、系統(tǒng)內(nèi)形成多個地線回路，各地線電感與地線間分布電容可能引起低頻振蕩，對電路低頻信號引起干擾。浮地是指整個電路系統(tǒng)在電氣上與大地相絕緣，這樣可以減少接地系統(tǒng)引入的傳導干擾，此時各部分電路的信號地相連，但對大地懸浮。-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)生高壓會在設(shè)備機箱與內(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)實際電路系統(tǒng)的工作特性來選擇。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY60HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY61在一個復雜的電子設(shè)備中，往往為適應(yīng)各部分電路工作性質(zhì)不同，

52、采取不同的接地方式，形成所謂混合接地。-圖920是混合接地實例，該電路工作頻率從低頻到高頻，低頻段希望單點接地，而高頻段卻希望多點按地。為此電路中放大器機殼校直接接地、負載側(cè)的機殼通過電容(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殼相連。-低頻時，由于電容對低頻呈現(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)中點接地。-高頻時，電容對高頻呈現(xiàn)低阻抗，因而負載側(cè)可通過電容實現(xiàn)高頻接地，而放大器側(cè)可實現(xiàn)高頻直接接地，因而高頻段該電路實際上是兩點接地。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY62在抑制電磁干擾的設(shè)計中，屏蔽主要是抑制電磁輻射，而濾波則主

53、要是抑制電磁傳導。實踐表明，即使有很完善的屏蔽和接地措施，也仍然存在著電磁傳導干擾導致電子設(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)的信號選擇濾波器，前者主要考慮對電磁干擾的有效抑制，后者主要考慮的是對有用信號的有效選擇。兩者相比，電磁干擾濾波器有如下顯著特點：-電磁干擾濾波器通常工作在阻抗不匹配的條件下，這是因為干擾源的阻抗特性隨頻率變化而變化，其阻抗通常是整個頻段(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)。-由于干擾信號的頻帶很寬，其高頻特性非常復雜，難以用集中參數(shù)等效電路模擬濾波器的高頻特性。-干擾濾波器

54、在阻帶內(nèi)對干擾信號應(yīng)有足夠的衰減量，而對有用信號的電磁能應(yīng)有最大的傳輸效率。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY63-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的傳輸。即使干擾信號反射回干擾源而達到抑制的目的。-反射型濾波器用得最多的是低通濾波器，是用來抑制高頻電磁干擾的。低通濾波器的種類很多，按其

55、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)備的輸入阻抗相對大小而定。當兩者都比較小時，應(yīng)選擇T型或串聯(lián)電感型；當兩者都比較大時，應(yīng)選擇n型或并聯(lián)電容型；當兩者的阻抗相差較大、即一大一小時，則應(yīng)選擇L型濾波器。這是因為當電磁干擾濾波器兩端阻抗都處于失配狀態(tài)時，干擾濾波器的輸入和輸出端口對干擾信號都會產(chǎn)生較強的反射，從而獲得對干擾信號的有效抑制。這是干擾濾波器與信號選擇濾波器最本質(zhì)的區(qū)別。對信號選擇濾波器，要求它在應(yīng)用的頻率范圍內(nèi)得到盡可能完美的阻抗匹配，對傳輸?shù)男盘枦]有反射或反射

56、很小，從而實現(xiàn)盡可能小的信號傳輸損耗。而對干擾濾波器，要在抑制干擾信號頻率范圍內(nèi)，實現(xiàn)最大可能的失配，使需要抑制的干擾信號受到最大的抑制。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY64插入損耗是衡量EMI濾波器性能的重要指標，插入損耗越大擾能量衰減的越多，即抑制作用越強。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 TECHNOLOGY65高通濾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

57、器轉(zhuǎn)換而成。當把低通濾波器轉(zhuǎn)換成具有相同終端和截止頻率的高通濾波器時，其轉(zhuǎn)換方法是：- 把每個電感L(H)轉(zhuǎn)換成數(shù)值為1/L（F）的電容C。- 把每個電容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 TECHNOLOGY66帶通濾波器是對通帶之外的高低頻率干擾量進行衰減，帶阻濾波器是對特定的窄帶內(nèi)干擾量進行衰減。實際的電磁干擾抑制技術(shù)中，帶通濾波器很少使用。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

58、 OF TECHNOLOGY67(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，它是用得最普遍的反射型低通濾波器。-對任何電源線上的傳導干擾信號，都可用共模和差模干擾信號來表示。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UL和UN，稱為共模干擾信號。即對相線L和中線N而言，UL和UN是大小相等、相位相同的干擾信號。而把L和N之間存在的干擾信號UIN稱為差模干擾信號。這里把電源中的傳導干擾信號看作是獨立的干擾源發(fā)射的干擾信號，以便分析EMI信號和處理濾波網(wǎng)絡(luò)的插入HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY68電源MI

59、濾波器電路結(jié)構(gòu)亦有多種形式，圖9-24是最典型的電源EMI濾波器基本電路，將其插入電源與受擾設(shè)備之間，即受擾設(shè)備電源人口處，對共模和差模干擾信號都有抑制作用。如圖9-25所示。在濾波電路中，兩線圈通過的信號電流I1和I2所產(chǎn)生的磁通在鐵心中相互抵消，不引起信號衰威，從而使L1和L2的自感值保持不變。一般取LlL20.338mH，若要求電源EMI濾波器低頻特性好，可取大些。但過大引起的分布電容將使電源EM濾波器高頻特性變壞，同時銅耗增加。HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY69共模扼流圈：兩線圈L1和12匝數(shù)相同、繞向相反，繞在同一個軟磁鐵氧體磁環(huán)上；共模干擾抑制：共模線

60、圈L1和L2分別與各自的CY構(gòu)成LG、NG兩個獨立端口的低通濾波器，可抑制電源線上存在的共模干擾UL和UN。CY被稱為共模抑制電容，一般控制在0.1uF以內(nèi)。大了，容抗小，引起漏電流增大，造成系統(tǒng)電磁兼容性能下降。CY要有足夠的耐壓余量(大于電源供電電壓)，避免CY擊穿短路危及人身安全。差模干擾抑制：共模線圈L1和L2與Cx組成LC低通濾波器，對電源線LN獨立端口存在的差模干擾ULN取抑制作用。Cx被稱為差模抑制電容，一般取0.33uF左右。Cx接于相線L與中線N之間，它上面除加有電源額定電壓外，還會疊加各種瞬變干擾電壓(峰值可這幾千伏)，因而對Cx有耐壓安全等級要求。即在不同的電磁環(huán)境中，C