硬件相关,汽车电子产品EMC技术改进亚洲城ca88

原标题:猜猜这个噪声,到底来自何方?

随着汽车电控技术的不断发展,汽车电子设备数量大大增加,工作频率逐渐提高,功率逐渐增大,使得汽车工作环境中充斥着电磁波,导致电磁干扰问题日益突出,轻则影响电子设备的正常工作,重则损坏相应的电器元件。因此,汽车电子设备的电磁兼容性能越来越受重视,目前迫切要求能广泛应用针对汽车子设备的电磁改进技术。

EMI——Electro Magnetic Interference 电磁干扰

定义:是指电磁波与电子元件作用后而产生的干扰现象。

分类:有传导干扰和辐射干扰两种。

   传导干扰:

    是指通过导电介质把一个电网络上的信号耦合(干扰)到另一个电网络。

   辐射干扰:

    是指干扰源通过空间把其信号耦合(干扰)到另一个电网络。

来源:在高速PCB及系统设计中,高频信号线、集成电路的引脚、各类接插件等都可能成为具有天线特性的辐射干扰源,能发射电磁波并影响其他系统或系统内其他子系统的正常工   作。

电磁干扰要素:理论和实践的研究表明,不管复杂系统还是简单装置,任何一个电磁干扰的发生必须具备三个基本条件:首先应具有干扰源;其次有传播干扰能量的途径和通道;第       三必须还有被干扰对象的响应。在电磁兼容性理论中把被干扰对象统称为敏感设备(或敏感器)。

       因此,电磁骚扰源、骚扰传播途径(或传输通道)和敏感设备称为电磁干扰三要素。

噪声是S0的环境都一样,但S9的噪声则各有各的来源——我自己说的。

电磁干扰的来源

  1、电磁骚扰源分类

  电磁骚扰源的分类方法很多。

  1.1、一般说来电磁干扰源分为两大类:自然干扰源与人为干扰源。

      自然干扰源主要来源于大气层的天电噪声、地球外层空间的宇宙噪声。他们既是地球电磁环境的基本要素组成部分,同时又是对无线电通讯和空间技术造成干扰的干扰      源。自然噪声会对人造卫星和宇宙飞船的运行产生干扰,也会对弹道导弹运载火箭的发射产生干扰。

      人为干扰源是有机电或其他人工装置产生电磁能量干扰,其中一部分是专门用来发射电磁能量的装置,如广播、电视、通信、雷达和导航等无线电设备,称为有意发 射      干扰源。另一部分是在完成自身功能的同时附带产生电磁能量的发射,如交通车辆、架空输电线、照明器具、电动机械、家用电器以及工业、医用射频设备等等。 因此      这部分又成为无意发射干扰源。

  1.2、从电磁干扰属性来分,可以分为功能型干扰源和非功能新干扰源。

      功能性干扰源系指设备实现功能过程中造成对其他设备的直接干扰;

      非功能性干扰源是指用电装置在实现自身功能的同时伴随产生或附加产生的副作用,如开关闭合或切断产生的电弧放电干扰。

  1.3、从电磁干扰信号频谱宽度,可以分为宽带干扰源和窄带干扰源。

      他们是相对于指定感受器的带宽大或小来加以区别的。

      干扰信号的带宽大于指定感受器带宽的成为宽带干扰,反之称为窄带干扰源。

  1.4、从干扰信号的频率范围来分

      可以把干扰源分为工频与音频干扰源(50Hz及其谐波)、甚低频干扰源(30Hz以下)、载频干扰源(10kHz~300kHz)、射频及视频干扰源(300kHz)、微波干      扰源(300MHz~100GHz)。

很多爱好者都受困于家里较高的噪声环境。但若是想准确地找到噪声源并不是那么简单的。电磁干扰是一个非常复杂的问题,每一个LED灯控制器、车库门的电机控制器都有可能成为潜在的噪声源。虽然它们互相之间的影响成功地推动了电磁兼容性(EMC)技术的发展,但仍然无法阻止它们对你的接收机产生影响。

汽车电子设备工作在行驶环境不断变化的汽车上,环境中电磁能量构成的复杂性和多变性,意味着系统所受到的电磁干扰来源比较广泛。按照电磁干扰的来源分类,可分为车外电磁干扰、车体静电干扰和车内电磁干扰。

  2、电磁骚扰传播途径

  电磁干扰传播途径一般也分为两种:即传导耦合方式和辐射耦合方式。

  传导传输必须在干扰源和敏感器之间有完整的电路连接,干扰信号沿着这个连接电路传递到敏感器,发生干扰现象。这个传输电路可包括导线,设备的导电构件、供电电源、公  共阻抗、接地平板、电阻、电感、电容和互感元件等。

  辐射传输是通过介质以电磁波的形式传播,干扰能量按电磁场的规律向周围空间发射。常见的辐射耦合由三种:

  1. 甲天线发射的电磁波被乙天线意外接受,称为天线对天线耦合;

  2. 空间电磁场经导线感应而耦合,称为场对线的耦合;

  3.两根平行导线之间的高频信号感应,称为线对线的感应耦合。

  在实际工程中,两个设备之间发生干扰通常包含着许多种途径的耦合。正因为多种途径的耦合同时存在,反复交叉耦合,共同产生干扰,才使电磁干扰变得难以控制。

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车外电磁干扰

  3、敏感设备

  敏感设备是对干扰对象的总称,他可以是一个很小的元件或一个电路板组件,也可以是一个单独的用电设备甚至可以是一个大型系统。

EMI的检验项目有:

  1. 传导(CE)(150kHz~108MHz);
  2. 断续干扰电压(喀呖声)(150kHz、500kHz、1.4MHz和30MHz);
  3. 干扰功率(30MHz~300MHz)
  4. 谐波电流(2~40次谐波)
  5. 辐射发射(RE)(100k~2.7G)

电磁干扰(EMI)的所有情况,说到底都是因为另一个设备的电磁波发射传递给了无线电台的接收端。而传播的方式又包括三种:辐射、传导和感应。辐射就和我们平常利用无线电台的方式一样,噪音是通过空中传播到你的电台;传导则是通过设备与电台之间的电气连接(如不当的地线)传入设备的;当设备和电台之间由磁性的连接传导噪声时,被称作感应。对于处理已经知道干扰源的干扰时,明确干扰的类型非常重要。

车外电磁干扰是汽车行驶中经历各种外部电磁环境时所受的干扰。这类干扰存在于特定的空间或是特定的时间。如高压输电线、高压变电站和大功率无线电发射站的电磁干扰,以及雷电、太阳黑子辐射电磁干扰,等等。环境中其它临近的电子设备工作时也会产生干扰,例如行驶中相距较近的汽车。

EMS——Electro Magnetic Susceptibility 电磁敏感性(抗干扰能力)

定义:是指在一定环境中机器设备和系统具有对所在环境中存在的电磁干扰有一定程度的抗扰度的能力,即电磁敏感性。

   EMS又包括静电抗干扰ESD,射频抗扰度RS,电快速瞬变脉冲群抗扰度EFT,浪涌抗扰度Surge,电压暂降抗扰度Voltage DIP and Interrupt,等等相关项目。

EMS的检验项目有:

  1. 静电放电抗扰度;
  2. 辐射电磁场(80MHz~1000 MHz)抗扰度;.
  3. 电快速瞬变/脉冲群抗扰度;
  4. 浪涌(雷击)抗扰度;
  5. 注入电流(150kHz~230MHz)抗扰度;
  6. 电压暂降和短时中断抗扰度

 

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车体静电干扰

EMC——Electro Magnetic Compatibility 电磁兼容性

定义:是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。

   因此,EMC包括两个方面的要求: 一方面是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值;

                   另一方面是指器件对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度。

电磁兼容设计:

  要使产品具有良好的电磁兼容性,需要专门考虑与电磁兼容相关的设计内容:

  地线设计

  许多电磁干扰问题是由地线产生的,因为地线电位是整个电路工作的基准电位,如果地线设计不当,地线电位就会不稳,就会导致电路故障。地线设计的目的是要保证地线电位  尽量稳定,从而消除干扰现象

  线路板设计

  无论设备产生电磁干扰发射还是受到外界干扰的影响,或者电路之间产生互相干扰,线路板都是问题的核心。因此,设计好线路板对于保证设备的电磁兼容性具有重要意义。线  路板设计的目的就是减小线路板上的电路产生的电磁辐射和对外界干扰的敏感性,减小线路板上电路之间的互相影响。

  滤波设计

  亚洲城ca88,对于任何设计而言,滤波都是解决电磁干扰的关键技术之一。因为设备中得到现实效率很高的接收和辐射天线。因此,设备产生的大部分辐射发射都是通过各种导线实现的,而  外界干扰往往也是首先被导线接收到,然后传入设备的。滤波的目的就是消除导线上的这些干扰信号,防止电路中的干扰信号传导导线上,借助导线辐射,也防止导线接收到的  干扰信号传入电路。

  屏蔽与搭接设计

  对于大部分设备而言,屏蔽都是必要的。特别是随着电路工作的频率日益提高,单纯依靠线路板设计往往不能满足电磁兼容标准的要求。机箱的屏蔽设计与传统的结构设计有许  多不同之处,一般如果在结构设计时没有考虑电磁屏蔽的要求,很难将屏蔽效果加到机箱上。所以,对于现代电子产品设计,必须从开始就考虑屏蔽问题。

  

那么,如果我不知道干扰源,我如何通过干扰的类型来确定大致的目标范围呢?

车体静电干扰与汽车和外部环境都有关。由于汽车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。静电放电会在车体上形成干扰电流,同时产生高频辐射,对汽车电子设备形成电磁干扰。

区别

EMI(Electro Magnetic Interference)直译是“电磁干扰”。

EMS(Electro Magnetic Susceptibility)直译是“电磁敏感度”。其意是指由于电磁能量造成性能下降的容易程度。

EMC(Electro Magnetic Compatibility)直译是“电磁兼容性”。意指设备所产生的电磁能量既不对其它设备产生干扰,也不受其他设备的电磁能量干扰的能力。

因为有了EMI,才有了EMC,因为EMS达标,才能实现EMC。

 

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车内电磁干扰

窄带干扰:只有一个或几个点频率上有着较强的干扰,使用SSB接收时将听到一个单音频音调。会导致这样干扰的设备包括开关电源、电子式荧光灯/LED灯的电源、笔记本电脑的外接电源(台式机由于其金属机箱的设计,干扰一般较小)、设计不良的数字电子设备等。

车内电磁干扰是汽车电子设备工作时内部的相互干扰,包括电子元器件产生的电子噪声,电机运行中换向电刷产生的电磁干扰以及各种开关工作时的放电干扰,最严重的是汽车点火系统产生的高频辐射,其干扰能量最大。

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电磁干扰的途径及原理

宽带干扰:在整个频带上存在的恒定高度的干扰,没有特别的峰值。典型的干扰源包括带有电刷和换向器的电机(以及包含这样电机的家用电器如电钻、洗衣机等等)、PWM控制器、荧光灯、接触不良的交流电线接头等。

电磁干扰按干扰途径分类,主要分为传导干扰、感应干扰和辐射干扰,对应的干扰原理如下。

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传导干扰

有调制的其他信号:多半来源于其他设备的正常无线电或线缆内部通信,泄漏到外部而被无线电台接收,包括有线电视的电缆泄露、无线电视电路中的谐波泄露、电脑和其他电子设备的内部高速信号的泄露、遥控设备、电力猫等。

传导干扰主要通过电路的共用导体传播,典型的结构是共电源线和共地线,图1是典型传导干扰电路示意图。R为电源线上电阻,Z为地线上电阻,U为支路电压,I为支路电流。

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当你将全屋的供电关闭,使用电池为无线电台供电时,能够初步地判定出噪音到底是来自外部还是室内。对于前者我们似乎无话可说,但对于后者,使用简单的SDR和增益非常低的天线可以帮助你找到罪魁祸首!返回搜狐,查看更多

传导干扰电路

责任编辑:

由于各设备工作电压为

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公式

因此任意一个设备电流变化都会导致其它设备电压变化,产生干扰。要降低设备间的相互影响,需要减小R、Z和I值。

感应干扰

感应干扰分为电感应干扰和磁感应干扰两种,其基本电路图如图2和图3。U1为导线1的电压,I1为导线1上电流,U2为导线2上的干扰电压,C12为两导线间的电容,C1g和C2g为导线1、导线2与地的电容,M12为两回路间互感,R为各电路的电阻。

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对电感应电路, 亚洲城ca88 10

,要减小U2可以减小C12、U1和R,或增大C2g;首要措施是减小C12,方法是增大导线距离或改变导线间介电参数。对磁感应电路,,要减小U2,可以减小M12或减小I1变化率,基本措施是减小M12,对典型的两回路, 亚洲城ca88 11 ,L1、L2为两回路长度,m0为真空磁导率,r为两回路导线段距离。因此增大r和减小回路面积都能减小M12。 辐射干扰辐射干扰由天线发射,由于通电的导线和电缆可视为等效天线,因此汽车电子设备的线束辐射干扰非常严重。根据Maxwell方程,典型单极天线的辐射电磁场为

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为球坐标,I为天线电流,l为天线长度,r为天线至场点的距离,w为角频率,e0为空气介电常数,l为电磁波长。要减小H和E,可以减小I、l,或增大r。

综上所述,车外电磁干扰随作用距离增大而减小,只有当其本身能量非常大,才能对相距较远的汽车电子设备产生影响。多年研究结果表明,大能量的电磁效应对人体健康存在危害,目前已经制定各种相应的电磁标准来限制这类干扰,使得汽车电子设备受其的影响减小。

车体静电干扰和车内电磁干扰,因为干扰作用距离近,干扰时间长,干扰强度相对较大。由于汽车电子设备形成以蓄电池和交流发电机为核心电源以及车体为公共地的电气网络,各部分线束都会通过电源和地线彼此传导干扰,相邻导线间又有感应干扰,而不相邻导线间也因天线效应而辐射干扰,这就使得车内干扰综合了三种途径,干扰组成较多,覆盖的干扰频率较广,是汽车电子设备受到的主要电磁干扰。解决这两种电磁干扰问题,能同时提高汽车电子设备对车外电磁干扰的抗干扰能力,从而降低设备工作失常或是损坏的可能性。

提高电子设备电磁兼容性能的措施

汽车电子设备的电磁兼容性能包括两方面,一是电磁发射,衡量系统产生的电磁干扰的发射水平;二是电磁敏感度,衡量系统在工作时为实现预期技术指标而需要的抵抗电磁干扰的能力。根据前面的分析,要综合提高汽车电子设备的电磁性能,可以从三方面考虑,一是减小设备发射电磁干扰的强度;二是抑制电磁干扰的传输;三是降低设备电磁敏感部件接收干扰的强度。

减小设备的电磁干扰强度

优化设备的电气结构:汽车电子设备中闪光器是继电器触点结构,可以在触点前加电弧抑制器;电机为感性负载,可通过内部滤波电路降低电流噪声;各种电控单元的印刷电路板,要优化布线,降低电磁发射水平。

选用合适的电子元器件:汽车上的各种控制单元,采用较低频的芯片有利于减少辐射干扰。

降低设备的功率:在满足功能需求的情况下,降低设备的功率,可以减小干扰电压和电流,从而减小干扰强度。

抑制干扰的传输

屏蔽干扰源设备和相关线束:汽车中主要的电控系统使用的电控单元,应该采用屏蔽壳体封装。

增加线束滤波:对较长的线束,为减小传导和辐射干扰,应在线束上增加滤波,比较方便的是套接合适的铁氧体磁环。

合理规划线束:线束布置上使小功率敏感电路紧靠信号源,大功率干扰电路紧靠负载,尽可能分开小功率电路和大功率电路,减小线束间的感应干扰和辐射干扰。

改进设备的接地:良好的接地布置和改进的地线搭接可以降低高频阻抗。汽车电子设备接地主要是就近接到车体以及线束屏蔽层接地。

降低设备接收干扰的强度

减小设备接收干扰的面积:线束应设计成最小长度、最小阻抗和最小环路面积,最好采用双绞线等回路面积小的供电方式。增大设备到干扰源的距离:在干扰设备布置不变的情况下,改造敏感部件的安装位置,增大到干扰源的距离。

电磁兼容性改进措施的试验研究

目前,电磁兼容仿真计算通常用来对车体结构的电磁性能进行初步估计。汽车电子设备的电磁性能主要以测试为依据,因此对改进措施着重进行试验研究。根据汽车整车及零部件的电磁兼容性法规GB18655-2002《用于保护汽车接收机的无线电骚扰特性的限值和测量方法》,对国内一种商务车型的电子设备进行了电磁兼容性测试,采用了综合改进措施,试验结果可以比较各种措施在实车运用中的效果。

雨刮电机的结构调整和内部滤波

雨刮电机是设备中典型的感性负载干扰源,功率较大,采用零部件测试方式对其测量,先对电机的换向器结构做了调整,并在电机内部对电路做了滤波处理。图4、图5是改进前后的结果,射频段干扰也有明显改进。

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雨刮电机的结构调整和内部滤波

闪光器的电路滤波

闪光器是汽车设备中典型的触点型器件,工作时通断频繁,在线束上产生较大传导干扰,并由此产生较大辐射干扰。通过在闪光器附近加接0.1mF的电容,并在线束上套铁氧体磁环,构成低通滤波器,抑制其传导干扰,同时减小辐射干扰。测量采用整车测试的方式,图 6、图7是改进前后的测试结果,在10MHz以上降低了干扰水平。

结语

汽车电子设备的电磁兼容性能在国内日益受到重视,它对提高国内汽车产品的竞争力也相当重要。通过对电子设备干扰源的分析,表明车内电磁干扰是设备所受的主要干扰,为减少系统的电磁干扰,需要采用文中的改进措施来提高汽车电子设备的电磁兼容性能,测试表明改进效果都比较明显。对大多数电气设备,增强电路滤波是比较通用的改进措施。

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