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EMI测试关于汽车零部件的几种方法解析

多年来,电磁干扰EMI测试在当代电子控制系统中,效应一直是一个备受关注的问题。特别是在今天的汽车工业中,汽车使用了许多关键和非关键(criTIcalandnon-criTIcal)车载电子模块,如模块管理模块、防抱死系统、电子动力转向程序模块(electricalpowersteeringfuncTIons),车内娱乐系统和热控制器。

同时,车辆所处的电磁环境更为复杂。车辆上的电子元件必须与频射发射机共存。其中一些发射机安装和设置得当(例如,在应急服务车辆中),但有些不是(例如,有些发射机在出厂后安装)CB发射器和车载手机)。此外,车辆将进入外部发射机产生的一些强磁场区域,强度可以达到每米几十甚至几百福特。汽车行业多年前就意识到了各种各样的问题,所有知名厂商都采取了一定的对策,试图根据制定的测试标准和法律规定,减少电磁干扰的影响。因此,今天的车辆对这种干扰有很强的抵抗力。EMI对车载模块的特性影响很大,因此必须重新警惕。

车辆和零部件的测试是一个高度专业化的行业,一直由厂家自己进行。在一些国家,许多汽车制造商会一起支持这些专业的测试实验室。随着汽车中常用的子部件越来越多,汽车厂商外包零部件的趋势也越来越明显,因此,EMC测试开始逐渐成为零部件制造商的义务。在例如ISO11452(国际标准化组织)SAEJ1113(汽车工程师协会)等国家汽车零部件抗扰性试验标准的子章节描述了各种不同的试验方法和试验等级,频率重叠。在没有任何更高的法律要求的情况下,汽车制造商可以在这一通用标准的前提下制定其测试规定。也就是说,当一个汽车制造商想要制定零部件经销商制定零部件级别测试要求时,他可以选择合适的账户,包括多种测试方法、测试频率范围和测试级别细节,以形成自己的测试规范。最后,一个为许多汽车制造商提供子零件的制造商可能必须根据不同的规格选择不同的方法,并在相同的频率范围内测试相同的零件。


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图1.典型的辐射干扰测试装置


为了满足客户的测试要求,零部件制造商可以采取一系列措施ISO11452和SAEJ1113中包含的RF测试标准和设计的车辆部件测试系统帮助完成工作。这种测试系统通常是自己包含的(self-contained)系统应符合所有规范中规定的最高级别测试标准。选择该系统后,零件制造商在测试其多个标准时使用的许多测试仪器都是相同的,因此可以节省大量资金。我们将讨论以下类别RF测试方法和汽车制造商测试要求中规定的一些测试参数,讨论零部件制造商如何根据不同客户的测试要求构建相应的测试系统,从而达到只测试必要项目的效果。

几种RF测试方法

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图2.电流注入法测试装置


如果你想测试一个汽车零件RF抗干扰,需要通过一种非常方式来增加与车内干扰的方法RF干扰。这导致了第一个变量。车辆可能暴露在场外,也可能携带发射机和天线,这些发射机和天线可能会产生干扰信号,但无论如何,干扰场可以直接应用于部件的位置。例如,当部件安装在仪表板上或附近的开放区域时,它造成的干扰比安装在车辆底盘周围或在模块箱中的屏蔽区域造成的干扰要大得多。另一方面,为了满足电源和信号连接的需要,所有电子模块都连接到车辆的布线系统。

布线设备相当于一个高效的天线,可以和RF无论组件组装在哪里,干扰藕合,RF电流通过其连接器传输到部件。因此,一般采用两种试验方法:辐射干扰试验和传输干扰试验。


测试辐射干扰测试

每种辐射测试方法也不会向外部向待测设备添加强度以获得校正RF这样,就可以了RF电流和电压和电压引入装置的内部结构RF电流和电压敏感节点会再次出现电流和电压,从而导致电子电路中的干扰。不同的方法应用于RF场的形式各不相同,各有各的优点、缺点和局限性。


微波暗室辐射天线测量法

形成最简洁明了RF场的方法是将动能注入天线,并将其偏向待测设备(EUT)。天线能够把RF能量转化为辐射场,使其充满测试区域。因为高电平必须在非常宽的频带范围内RF信号测试需要在一个屏蔽室内进行,以防止与周围其他合法的无线电客户相互干扰。但是这样会引入墙壁的反射,进而改变室内场的遍布。为了解决这个问题,有必要对屏蔽室表面进行无线电消音,创造一个“吸波室(absorberlinedchamber)”环境,这大大提高了测试设备的成本。在测试过程中使用的天线应具有较宽的频率响应。车辆测试中的测试频率可能为10kHz到18GHz,因此需要的天线种类繁多(见图1)。另外,加上EUT在场上也要尽量匀称,受到良好的操纵。测试期间的场地将严重影响暗室的规格,因此天线不能离开EUT太近,专一性不能太强,否则场会只会集中在EUT一个地区。同时,天线和EUT距离太近也会导致两者之间的相互感觉扩大,从而增加天线上信号的操纵难度。被测对象的物理规格越多,这个间距规定就越难达到。另外,根据公式P=(E·r)2/30watts(当天线有模块增益时),天线离开EUT越远,做一个强大的出场需要的功率就越大。

请注意,该公式给出了场强与距离之间的平方率关联,即当给出场强之间的距离时,场强从10V/m扩大到20V/m时,所需功率是原来的4倍,或现场强度从10倍V/m扩大到20V/m在给出功率时,间距只有原来的四分之一。EUT通过各向异性的宽带场传感器测量场强度。各向异性的目的是确保传感器对方向不敏感,而宽带的目的是确保它能够在每个频率下获得正确的测量值。

TEM单元法


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图3.干扰直接注入法测试装置


依据ISO11452-3和SAEJ113/24的规定TEM如果模块只是一个简单的封闭传输线,那么某个传输线将在一端进给RF在另一端,功率和一个负载阻抗。电磁波在传输线中的传播,在导体之间建立一个磁场。TEM(即水平电磁波)描述了在这些单元的有效区域内产生的磁场。当传输线长度按时,在一定的横截面上,场强对称,且易于测量或计算。EUT就放置于TEM单位功效区。TEM模块一般以壳体的形式出现,里面有一个防护面,外壳的墙作为传输线的一端,保护面(或横膈膜,septum)作为另一端。TEM单元的几何结构对传输线的特性阻抗具有决定性的危害。外壳是封闭的,除了很小的泄漏外,模块外没有磁场,所以这类模块可以在所有环境中使用而不加外屏蔽。其主要缺点是存在频率限制,这种限制频率与其物理规范(见表1)反比。当频率高于此限制时,高次模和场均匀性开始出现在其内部磁场结构中,尤其是TEM谐振频率的均匀性由单元的准确规格决定,也逐渐下降。TEM可以更大地测量模块EUT规格受内部可用场强对称区域体积的限制,因此规格较大EUT直接影响模块的最大频率。TEM单元的最小测量频率可以去DC,这也是它与辐射天线测量的区别。


带状线法和三平面法

这几种方法和TEM模块法有本质区别。TEM模块化法属于封闭测量法,带状线法和三平面法采用的测试装置为开放式传输线。换句话说,在选择这两种方法时,虽然较大的场地位于平面的中间,但仍然有动能辐射到测试装置的外部,因此测试必须在屏蔽室进行。ISO11452-5和SAEJ带状线测试均在1113/23中描述,而三平面测试仅在SAEJ1113/25中提到。

在带状线试验中,待测部件模块仅与与相关机器连接的电缆装置对接,不暴露于平面之间最大的场强。作为传输线的源导体,带状线平面放置在1.5m电缆装置的下部,测试的参考平面作为另一端的导体。带状线产生的场会感应到电缆装置中的通向电流,然后莲藕进入EUT。因此,带状线试验几乎是两种方法的混合:辐射场试验和传输试验。

在三平面试验装置中,一个有源内导体被两个外平面夹在中间,产生的阻抗可以通过测量获得。待测模块放置在核心导体和一个外平面之间,核心导体的另一面是空的。因为所有测试装置的结构都是对称的,所以可以放在空的一侧EUT在镜像区域放置一个场强探头。TEM与模块测试相同,带状线测试和三平面测试装置的频率上限受其规格限制。当其等于或高于由原理规范确定的谐振频率时,将产生不受控制的磁场高次模。与辐射天线法相比,这三种方法的优点是,在选择这三种方法时,只有少量的功率才能产生比辐射天线法更强的场。因为场强度等于导体平面之间的电压,除了它们之间的距离。


传导干扰试验

第二种测试方法称为传导干扰测试。它不需要在待测模块的位置添加磁场,而是直接将其添加到待测模块中RF在电缆装置或连接待测部件模块的装置中,影响增加。RF电路结构中的电流(如印刷电路板)PCB)在中间传输中,组件模块与外部设备之间的连接会产生电流,从而对电子电路产生影响。虽然这种方法类似于辐射场测试方法,但两者之间没有平等,所以这些方法通常用于进行详细的测试,有时这两种测试的频率类别也会重叠。传导干扰试验中最常用的两种莲花法有电流注入法(bulkcurrentinjecTIon,BCI)和立即注入法,前者应向EUT注入影响电流,并控制注入电流的大小,后者注入功率并控制注入功率的大小。


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表1.TEM 单元法的频率上限


电流注入法(BCI)

BCI法在ISO11452-4和SAEJ113/4中有描述。选择这种方法时,将电流注入探头,放在连接待测部件的电缆装置上方,然后注入探头RF影响。这时,探头作为第一电流转换器,而电缆装置作为第二电流转换器,因此,RF电流首先以共模的方式通过电缆装置(即电流以相同的方式在装置的所有导体中流动),然后进入EUT连接端口。

通过电流注入装置的共模阻抗确定了真正流过的电流,但在低频下,这几乎完全是由电流注入装置的共模阻抗决定的EUT确定与电缆装置另一端相关的设备对地的阻抗。一旦电缆长度达到四分之一波长,阻抗的变化就变得非常重要,这可能会降低测试的准确性(见图2)。此外,由于电流注入探头会造成损失,因此必须有更大的驱动能力EUT构建合理的影响水平。即便如此,BCI法律可能有一个很大的优势,那就是它的非侵入性,因为探头可以简单地夹在所有可接受直径的电缆上,径的电缆上,并且不需要连接所有直接电缆导线,因此不会影响电缆连接的工作电路。

立即注入法

BCI法律规定驱动能力过高,在测试环节对相关机器的保护不好。立即注入法的目的是摆脱它BCI这两个缺陷。具体方法是直接连接测试设备EUT在电缆上,根据宽带人力网络(BroadbandArtificialNetwork,BAN)将RF功率注入EUT电缆,且不影响EUT与传感器和负载的插座(见图3)BAN在测试频率范围内EUT呈现的RF阻抗能量控制。BAN辅助设备流入方向至少可提供500个W阻抗阻抗。电磁干扰通过直接电容,直接耦合到被测线上。ISO11452-7和SAEJ113/3描述了这种方法。


汽车部件EMI测试参数

在车辆构件EMI在测试过程中,根据不同汽车制造商提出的不同规定,除了引入电磁干扰的基本方法不同外,还有许多不同的参数。RF影响如何造成,这类参数都是相关的。


频率范畴

测试方法本身和常用的换能器(transducer)限制,上述每种方法仅适用于一个既定的频率类别。表2列出了在相应标准中发布的各种方法的可用频率类别。在测试过程中,通常需要在所有频率范围内扫描测试信号,然后检测EUT测试结论不同于应有的功能和性能。如果每次测试的最小停留时间一般为2秒,如果EUT时间常数很大,停留时间可能更长。如果使用软件控制的测试信号发生器,测试信号通常不会扫描所有频率类别,而是选择步进方法,因此应定义频率步进的步幅。保留时间和频率步骤取决于执行单个扫描所需的时间,这也决定了所有测试所需的时间。


幅度控制

无论采用哪种测试方法,都应用于EUT必须小心操作上述测试信号的范围。根据不同的原理,强度控制方法一般可分为两种,一种称为闭环控制法,另一种称为开环控制法。在带状线测试和TEM在模块测试中,可以通过已知的净输入功率和传输线的参数来计算场。但是,除了这两种方法外,还应使用闭环方法来完成强度控制。在辐射干扰试验中,电磁干扰单位选用伏特/米(volts/meter),在电流注入测试中,企业选择微安(milliamps),在即时功率注入测试中,企业选择瓦特(watts)。


闭环法


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表2.不同测试方法在不同标准中的适用频率范围


在选择闭环控制方法时,一个场强仪或电流监控探头一直在检测和应用EUT从而将功率调整到目标。这种方法有一个问题,即EUT干预打乱了大家作为鼓励的磁场,所以找不到一个能恰当反映大家获得的场强,对所有类型都有影响EUT在微波暗室进行辐射干扰试验时,这一问题尤为明显。促进测试频率EUT与波长相比,规格和波长可能会在某些部位大幅下降。如果场强仪正好放在这样的位置,那么当我们根据场强仪的读数来维持所需的电磁场强度时,肯定会在EUT周围位置造成严重过度测量(over-testing)。BCI当测试中存在类似问题时,EUT当共模输入阻抗与测试信号共振时,需要维持的电流会导致过度测试(over-testing)。事实上,在这样的环境下,很多时候放大器不能提供所需的电平,一旦放大器负载,就会造成更多的测试问题。


开环法

选择开环法可以避免上述问题。开环法有时也称为置换法。选择开环法时,首先将强度明确的信号送到测试设备进行校正设置。在每个频率上,放大器的导出功率由辅助功率计监控,当放大器的输出电平达到目标时记录。最后,在真实测试中,严格重放预校正的功率记录。一般来说,由于施加在施加中EUT上场或电流(voltspermeter或milliamps)测量不在测试要求范围内,因此开环法不测量它们,只监督它们,以确保系统正常工作。但由于上节提到的原因,我们看不到真正正确的测量值。在辐射干扰试验中,校正设置过程要求EUT在微波暗室应占据的准确位置放置场强仪。但在传导干扰测试中,校正设备是阻抗值给出的负荷,每个人都在两侧测量功率或电流。开环法常用的功率参数包括净功率,或输入换能器的前向功率与换能器反射的反向功率的差异。假设没有其他重要消耗,这个误差就等于真正送进去EUT的功率。因此,在使用立即耦合器时,一定要在每个频率上测量两个功率。此时,可以用功率计测量耦合器的前向导出和反向输出,也可以用两个功率计同时测量。净功率用于表示换能器的电压驻波比(VSWR),因为当引进EUT时VSWR会有变化。但当EUT与测试设备严格匹配时,保持净功率所需的前向功率可能比校正所需的功率发生较大变化。为防止过度测量,为保持需要净功率而增加的前向功率不得超过2dB,即便2dB不能满足要求,也不能再扩大,只能记录在测试报告中。


调配频率和深度

每一个RF抗扰性测试应在每个频率对抗EUT施加CW(未调连续波)和已调连续波)AM信号,而EUT回应通常更容易受到调整的影响。一般情况下,测试标准中规定的调配信号均为80%,频率为1kHz正弦波。但也有一些车辆制造商可能有不同的规定。定义部署参数的目的是为了定义部署参数。AM和CW测试需要一个恒定的峰值电平。这与商业有关。(IEC61000-4系列)RF不同的抗扰性测试。在商业上。RF在抗扰测试中,调配信号的峰值功率比未调整信号高5.3dB。但在恒定峰值电平测试中,调配深度为80%的已调信号功率仅为未调信号功率的0.407倍。ISO11452中明确界定了此类信号的施加过程:

●在每个频点,线形或大部分扩大信号强度,直到信号强度满足要求(开环法净功率满足要求,闭环法测试信号电平严格满足要求)2dB规则检测前向功率。

●按要求施加已调信号,保持测试信号等于EUT最小响应时间。

●慢慢降低测试信号强度,然后进行下一次频率测试。

检测EUT

施加测试信号时,一定要进行测试EUT回应,并与性能规则进行比较,确认待测部件是否按测试进行。由于不同的原因。EUT功能和性能规则必须不同,因此不可能总结这些监管方法。如果测试软件能够自动执行部分或全部测试工作,则所有测试都将更加简单和可靠。测试过程可能只需要简单地测量和记录每个频率点的输出电压,也可能涉及到一些特殊的EUT在测试中发现错误时,可以识别软件。


报告测试结果

在EMI测试中,EUT经过观察,测试工程师的工作只完成了一半。然后他或她必须按照车辆制造商规定的格式建立测试报告。一个零部件制造商可能会为多个汽车制造商提供商品,因此对于同一组测试,零部件制造商可能需要提交各种格式的测试报告。一些程序包包含可选的报告形成模块,可以为不同的汽车制造商提供标准的报告模板。虽然大多数测试工程师都喜欢测试过程,但很少有人喜欢写测试报告,所以所有的测试实验室主管都明白,为用户提供测试报告是最困难的任务。通过自动报告形成软件模块,不仅测试工程师不必承担编写测试报告的痛苦,而且可以快速满足客户的要求。一般来说,尽管汽车行业的组件EMC测试包含许多可变参数,我们仍然可以根据不同的汽车制造商进行高效的覆盖范围。


相关关键词: EMIEMI测试
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