林 森，雒 拓，尹 航，周元豪

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

重型車輛在電控化的發(fā)展過程中涌現(xiàn)出多種類型的電子設(shè)備，然而車輛類產(chǎn)品電磁兼容設(shè)計(jì)發(fā)展緩慢，導(dǎo)致這些電子設(shè)備在定型時(shí)未考慮電磁兼容性，組裝成系統(tǒng)后與其它電子設(shè)備產(chǎn)生不兼容現(xiàn)象，尤其在高壓電驅(qū)動(dòng)的車輛上尤為突出。重型車輛各類控制器分布位置分散，使用線束較長(zhǎng)（2~10m以上），線束長(zhǎng)度與控制器工作頻率可以比擬，成為了一些信號(hào)的發(fā)射天線，對(duì)外產(chǎn)生輻射。由于車輛電器件布置關(guān)系，車輛一旦裝好，整改難度將成倍增加。

汽車電子設(shè)備的電路功能趨于復(fù)雜，PCB上元器件的布置密集緊湊，接口部分既有模擬信號(hào)又有數(shù)字信號(hào)，在設(shè)計(jì)階段如果對(duì)EMC考慮不足，將導(dǎo)致輻射能量從接口通過線纜發(fā)射到空間中，引起輻射發(fā)射試驗(yàn)項(xiàng)目不能通過。圖1是控制器結(jié)構(gòu)示例，如果接口濾波電路在設(shè)計(jì)時(shí)沒有被考慮，處于缺失狀態(tài)，將導(dǎo)致PCB上信號(hào)線產(chǎn)生的輻射通過PCB信號(hào)線→連接器→線纜輻射到外部空間。

圖1 電子控制器結(jié)構(gòu)圖

基于以上分析，從電磁干擾的3要素（干擾源、干擾途徑和敏感設(shè)備）進(jìn)行分析，從干擾源（電子控制器）進(jìn)行電磁波的抑制是解決問題的最有效手段。如圖1所示，如果控制器設(shè)計(jì)有接口濾波電路，將減少PCB信號(hào)線→連接器→線纜輻射的能量，同時(shí)遏制外部干擾信號(hào)通過線纜→連接器→PCB信號(hào)線方向的傳遞，減少對(duì)PCB內(nèi)部電路工作的影響。車輛使用的電子設(shè)備基本為外購件，這些設(shè)備在功能和應(yīng)用上也趨于成熟，但是由于未考慮電磁兼容設(shè)計(jì)，導(dǎo)致這些電子設(shè)備功能強(qiáng)大，但電磁性能較差，在整車進(jìn)行電磁兼容試驗(yàn)時(shí)，輻射發(fā)射不能通過，抗擾性較差，達(dá)不到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)要求。如果在已裝配好的車輛上進(jìn)行整改，涉及電子模塊拆裝，更換線束，難度都將增大，因此預(yù)留快插式濾波器是整車設(shè)計(jì)時(shí)的必要手段。

1 車輛電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)要求

面對(duì)日益復(fù)雜的電磁環(huán)境，國(guó)內(nèi)外均制定了電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)對(duì)車輛和零部件進(jìn)行合格性判定。中國(guó)在軍用和民用領(lǐng)域也制定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)發(fā)射和抗擾進(jìn)行控制。表1為整車及電子部件法規(guī)要求。

表1 車輛及電子部件法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)

從車輛和電子部件國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中可以看出，標(biāo)準(zhǔn)對(duì)整車和電子部件設(shè)有發(fā)射和抗擾性指標(biāo)，因此在整車和電子部件設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)同時(shí)考慮發(fā)射和抗擾性。

2 快插式濾波器方案設(shè)計(jì)

2.1 方案概述

通過設(shè)計(jì)一種快插式濾波器，該濾波器將車輛常用成熟插接件與濾波元件集成化處理，形成一體化濾波插接器，使用時(shí)與預(yù)留在線束終端的插接器進(jìn)行快速對(duì)插，可并聯(lián)或串聯(lián)于電路中，達(dá)到濾波功能?？觳迨綖V波器可制作成電容型、電感型、磁珠型等以滿足不同信號(hào)的需求，同時(shí)可制作成普通型和防水型用于駕駛室和底盤。快插式濾波器安裝示例如圖2所示。

圖2 快插式濾波器安裝位置

2.2 方案詳細(xì)設(shè)計(jì)

將插接器、濾波元件和封裝材料進(jìn)行組合，通過對(duì)信號(hào)引腳參數(shù)進(jìn)行分析，選用合適的濾波元件，對(duì)潛在的干擾頻率進(jìn)行濾波，達(dá)到降低輻射和提高抗擾的能力。表2為濾波器阻抗匹配方法。

表2 車濾波器阻抗匹配方法

圖3為快插式濾波器，圖4為控制器線路預(yù)留快插式濾波器對(duì)插端示意圖，圖5為控制器安裝完快插式濾波器示意圖。

圖3 快插式濾波器設(shè)計(jì)圖

圖4 控制器預(yù)留快插式濾波器對(duì)插端

圖5 安裝完成后的快插式濾波器

2.3 方案效益評(píng)估

1）快插式濾波器不影響電路的正常功能，方便拆裝，實(shí)現(xiàn)了電器接口的濾波功能，降低信號(hào)間的串?dāng)_和輻射特性，增強(qiáng)電器之間的相容性。

2）實(shí)現(xiàn)了防塵防水設(shè)計(jì)，可應(yīng)用于駕駛室和底盤，降低選型和安裝難度。

3 快插式濾波器應(yīng)用及試驗(yàn)

3.1 濾波器設(shè)計(jì)應(yīng)用

通過對(duì)電子控制器接口電路進(jìn)行分析，查看是否在重要信號(hào)線上進(jìn)行了濾波處理，對(duì)已進(jìn)行濾波的信號(hào)，可在接口處預(yù)留一種濾波方案，比如電容濾波或磁珠濾波等。如果接口電路未預(yù)留任何濾波措施，則接口處應(yīng)預(yù)留較復(fù)雜濾波方案，比如Π型濾波、T型濾波。濾波器的選型計(jì)算很重要，參數(shù)主要涉及電壓、電流、頻率、溫度、封裝等。濾波電路不能對(duì)接口信號(hào)品質(zhì)有本質(zhì)影響，應(yīng)根據(jù)實(shí)際接口電路、信號(hào)特性進(jìn)行設(shè)計(jì)，不能簡(jiǎn)單進(jìn)行復(fù)制。以電容為例，理想的電容容量越大，容抗就越小，濾波效果越好，但是電容存在寄生電感，容量大，寄生電感也大，自諧振頻率越低，對(duì)高頻噪聲去耦效果越差。圖6為電容頻率阻抗特性曲線，阻抗|Z|與頻率關(guān)系見以下公式。

圖6 電容在頻域下的阻抗曲線

在諧振頻率f0上，L和C串聯(lián)將產(chǎn)生振蕩，提供低的阻抗，在諧振點(diǎn)以上的頻率，電容呈現(xiàn)感性，將不再起旁路和去耦的作用。圖7為部分快插式濾波器實(shí)物示例，應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品特性對(duì)插接器和濾波元件進(jìn)行選型。

圖7 快插式濾波器示例

3.2 濾波器試驗(yàn)驗(yàn)證

圖8為某控制器的輻射發(fā)射試驗(yàn)照片，試驗(yàn)中接入功率負(fù)載燈具模擬實(shí)際使用情況。

圖8 控制器整改對(duì)比測(cè)試

圖9為輻射發(fā)射10kHz~30MHz測(cè)試曲線。由于本控制內(nèi)部接口均有濾波電路，因此試驗(yàn)時(shí)超標(biāo)問題不嚴(yán)重，超標(biāo)點(diǎn)為電源噪聲引起，見圖9a。對(duì)電源線使用快插式濾波器處理后試驗(yàn)通過，見圖9b曲線所示。

圖9 快插式濾波器整改案例

4 結(jié)論

通過使用快插式濾波器解決了車輛電磁兼容整車試驗(yàn)時(shí)不能通過的現(xiàn)象。使用正確的快插式濾波器，彌補(bǔ)了電子模塊內(nèi)部接口電路濾波方案設(shè)計(jì)的不足，減輕了車輛整改難度和更換線束帶來的成本增加和項(xiàng)目拖期問題，應(yīng)作為車輛前期開發(fā)時(shí)重點(diǎn)設(shè)計(jì)對(duì)象。