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关于汽车电子设备的电磁兼容设计要点

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。 

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。

汽车内外的电磁干扰对汽车电子设备,特别是汽车ECU(电子控制单元)有很大的干扰,会严重干扰汽车电子设备的工作性能。半导体元件对脉动电压非常敏感。当瞬变电压值超过其电压值时,半导体元件会被击穿并损坏。一旦脉冲信号被ECU(电子控制单元)误认为输入信号,电子设备就会做出错误的判断,甚至出现故障。因此,为了防止异常现象,允许汽车电子设备在这种环境下正常工作,现代汽车采用了一些防干扰方法,以确保汽车电子设备的正常工作。


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抗干扰的基本技术是消除干扰源,防止干扰信号串联。以下是提高汽车电子设备抗干扰性能和抑制电磁干扰的基本技术。

1)电路设计模块化:

在电路板设计中,执行器电路、传感器电路和系统控制电路根据电路在汽车中的不同功能和位置分开设计,形成不同的电路模块,分离不同模块的电源和搭铁(金属车身)线,减少不应有的耦合,提高绝缘阻抗。为避免干扰,应先将电源(汽车主要由发电机供电)传输到各模块,然后进行整流、滤波、稳压、供电。模块中的数字搭铁与模拟搭铁分开,工作搭铁与安全搭铁稍微连接。

2)阻尼电阻:

在点火装置的高压电路中,插入阻尼电阻,减少火花产生的干扰电磁波。阻尼电阻值越大,抑制效果就越好。但阻尼电阻过大会降低火花塞电极之间的火花能量。阻尼电阻一般由碳材料制成,电阻值约为10-20kll。在点火线圈端和火花塞接头端添加阻尼电阻。

3)并联电容器:

可能产生火花的并联电容器,如调节器的电池柱与发电机的电枢柱与铁并联0.2~0.8电容器;水温表与油压表的传感器接触点并联0.1~0.2电容器;闪光继电器与喇叭接触点并联0.5F电容器。

4)金属屏蔽:

发电机、起动机、火花塞等电气设备产生的火花都能产生电磁波。屏蔽是抑制电磁波干扰的有效方法。屏蔽电场或磁场时,可以选择铜、铝、钢等导电性高的材料作为屏蔽体。屏蔽高频磁场时,应购买导电性高的钢、铝等材料;屏蔽低频磁场时,应购买导磁性高的磁钢、铍莫合金、铁等材料。为了有效发挥屏蔽体的屏蔽作用,还应注意屏蔽体的有效搭铁。汽车电器中的导线也用密织金属网或金属导管覆盖,并搭铁。这样,这些电器由于工作火花出的电磁波就能感应到金属屏蔽中的寄生电流,产生焦耳热并消散,从而起到防干扰的作用。该方法具有良好的防干扰效果,但设备复杂,成本高,会增加高压电路的分布电容和干扰点火性能。因此,它通常只用于特殊需要的汽车。

5)感抗高压阻尼线:

目前国内外大多采用高压阻尼线,其线心由牵引0.1rnltl的镍铬钼丝缠绕,相当于电感、电容和电阻的复合体,抑制效果优于集中电阻。

6)使用滤波器:

滤波器主要抑制通过电路直接进入的干扰。根据信号与干扰信号之间的频率差,可采用不同性能的滤波器,抑制干扰信号,提高信噪比。

7)采用平衡技术:

平衡技术是消除串音干扰的有效方法。当信号往复两条线的功率(包括阻抗、分布电容器等)相等时,称为平衡。在汽车电路中,检测信号输入,控制信号输出,特别是在序列信号传输中,双绞线通常作为平衡线,螺距小,长度尽可能短。

8)提高信号幅值:

也就是说,提高信噪比是一种重要的抗干扰方法。对于微弱的传感器信号(如温度信号、光电信号等),使用放大电路来增加振幅,减少干扰。同时,为了避免增加振幅的信号成为干扰源,应采用平衡线传输。

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