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1、合肥协力仪表工程技术中心 汽车电子 EMC 设计培训提纲 -第 1 页 共 27 页- 汽车电子汽车电子 EMC 设计培训资料设计培训资料 电磁兼容性 （EMC-Electromagnetic CompatibilityEMC-Electromagnetic Compatibility） ,国家标准中将其定义为设备 （系统、分系统）在共同的电磁环境中能一起执行各自功能的共同状态。即：该设备不会由于受到处于同一电磁环境中其他设备的电磁发射导致或遭受不允许的降级；它也不会使同一电磁环境中其他设备（系统、分系统），因受其电磁发射而导致或遭受不允许的降级。 电磁兼容性( (EMC=EMI+EMS)EM
2、C=EMI+EMS),包含两个方面内容，EMI 是指干扰别人，EMS 是考核自己承受外界干扰的能力。具体是指电子设备或系统在规定的电磁环境电平下不因电磁干扰而降低性能指标，同时它们本身产生的电磁辐射不大于规定的极限电平，不影响其它电子设备或系统的正常运行，并达到设备与设备、系统与系统之间互不干扰、共同可靠地工作的目的。干扰源、传播路径和易感设备是 EMC 的三要素，要提高产品的 EMC 性能，必须从这三个方面入手。 电磁干扰模型的组成如下图所示。 因此，提高产品的 EMC 性能，必须从减小干扰源的强度、切断干扰源的传播途径、提高易感设备的抗干扰能力方面入手。 合肥协力仪表工程技术中心 汽车电子
3、 EMC 设计培训提纲 -第 2 页 共 27 页- a. 汽车电子 EMC 干扰源 如高压点火系统、刮水器电动机、燃油泵、空调起动器、交流发电机、闪光继电器，以及某些无线电子设备，如喇叭、收音机、GPS、手机等，这些部件产生的干扰会在汽车内部造成相互影响。 带有微控制器的系统里，时钟电路通常是最大的宽带噪声发生器，而这个噪声被分散到了整个频谱。随着大量的高速半导体器件的应用，其边沿跳变速率非常快，这种电路可以产生高达 300MHZ 的谐波干扰。 b. 耦合路径 噪声被耦合到电路中最简单的方式是通过导体的传递，如车身线束。如果一条导线在一个有噪声的环境中经过， 这条导线通过感应将接受这个噪声并
4、且将它传递到电路的其余部分。噪声通过电源线进入仪表，就是这种的耦合的一种情况。由电源线携带的噪声就被传到了整个仪表电路中。 c. 易感设备（受体） 所有的电子电路都可以接受传送的电磁干扰。虽然一部分电磁干扰可通过射频被直接接受，但大多数是通过瞬时传导被接受的。车载数字化仪表和设备，是最容易受到 EMC 干扰的易感设备。 EMC 设计包含了电场、磁场、微波、辐射等相关知识，涉及到所有的电子设备，要提高电子产品的 EMC 性能，贯穿产品设计的全过程，每一个环节，不是一件容易的事情，要经过不断调整、提高，再调整，再提高的过程，最终使产品 EMC 性能指标达到要求。 下面首先就我公司产品应用中所涉及的
5、 EMC 设计的相关内容并结合汽车电子 EMC 国家标准 ISO7637-2 五个典型脉冲作介绍。 合肥协力仪表工程技术中心 汽车电子 EMC 设计培训提纲 -第 3 页 共 27 页- 一、 ISO7637-2 汽车电子 EMC 试验项目介绍 一、 ISO7637-2 汽车电子 EMC 试验项目介绍 随着汽车技术的不断进步和发展，汽车电子电器设备的大量应用，汽车电磁干扰的特点及其产生的影响也有了巨大的变化。汽车产生电磁干扰的源，不单纯是点火系统，大量应用于车辆上的各种电子电器设备也同样产生电磁干扰。 汽车产生电磁干扰的干扰源有： 如高压点火系统、刮水器电动机、燃油泵、空调起动器、交流发电机、
6、闪光继电器，以及某些无线电子设备，如喇叭、收音机、GPS、手机等，这些部件产生的干扰会在汽车内部造成相互影响。因此汽车电子必须具有优秀的电磁兼容(EMC)性能，也就是对这些电子电器组件的电磁兼容性提出了严格要求，以增加车辆运行的安全性和可靠性及电磁抗扰性。 ISO 7637-2道路车辆由传导和耦合引起的电骚扰标准是关于电源电压为 12 V和 24 V 的车载电气设备在电源线上的电瞬变传导骚扰的发射和抗扰度性能测试标准。 在国外汽车电子设备上已获得广泛的推广应用，是根据车载电子设备的实际应用物理环境，规定了相应的测试波形。通过对实际车载电器系统电源环境的极端状态的再现，为电器系统的抗电源传导瞬变
7、骚扰能力提供了相应的评价标准，具有很强的实践指导意义。下面就 ISO7637-2 标准中常见的 5 个典型脉冲进行的介绍。 1.1 ISO7637-2 的测试波形及其物理意义 1.1.1 测试脉冲1 脉冲 P1 模拟由于断开感性负载（如雨刷器马达）产生的脉冲对其他并联的汽车电子产品产生的冲击电压。 合肥协力仪表工程技术中心 汽车电子 EMC 设计培训提纲 -第 4 页 共 27 页- 合肥协力仪表工程技术中心 汽车电子 EMC 设计培训提纲 -第 5 页 共 27 页- 1.1.2 测试脉冲P2a 脉冲 P2a 发生在点火开关闭合情况下，负载开关开路所产生的波形，也可以发生在保险丝拔出或者熔断
8、的情况下。 合肥协力仪表工程技术中心 汽车电子 EMC 设计培训提纲 -第 6 页 共 27 页- 1.1.3 测试脉冲P2b 验脉冲2b是当直流电动机正在运转时点火开关突然断开， 这时直流电动机变成发电机工作 负载所产生的波形。 合肥协力仪表工程技术中心 汽车电子 EMC 设计培训提纲 -第 7 页 共 27 页- 1.1.4 测试脉冲P3b 脉冲 P3b 多见于电动门窗的驱动单元，喇叭或者中央中控门锁系统，来模拟开关切换过程中产生的瞬变干扰. 合肥协力仪表工程技术中心 汽车电子 EMC 设计培训提纲 -第 8 页 共 27 页- 1.1.5 测试脉冲P4 脉冲P4 是接入大负载（如空调打开
9、） 或者给内燃机启动电机加电引起电源系统的电压变 化。 1.1.6 测试脉冲P5a、P5b 脉冲 P5 汽车电子系统中最常见，也是危害比较大的一种电磁现象，其产生的原因是在发电机给蓄电池充电的过程中蓄电池突然断开（如保险丝熔断，维修时突然断开蓄电池等）所产生的作用于其它电子设备上的电压脉冲，P5b 比 P5a 多了钳位二极管。 合肥协力仪表工程技术中心 汽车电子 EMC 设计培训提纲 -第 9 页 共 27 页- 脉冲5a与脉冲5b的区别在于,一个是未经限幅二极管箝位的脉冲,另一个则是经过箝位后的脉冲。 脉冲 5 除了考核被试设备的抗干扰能力外,在相当程度上还在考核它对设备元器件的破坏性。 除
10、了这五种典型测试波形外，还有更多来自汽车厂家要求的特殊波形。但是大多都没有ISO7637-2 苛刻。 合肥协力仪表工程技术中心 汽车电子 EMC 设计培训提纲 -第 10 页 共 27 页- 1.2 测试残酷度分级方法 1.3 EMC评价方法 对于测试结果，通常按以下标准术语来对抗扰性能力进行描述： A 级：被测试装置或系统在施加骚扰过程中及骚扰撤除后，能执行其预先设计的所有功能。 B 级：被测试装置或系统在施加骚扰过程中，能执行其预先设计的所有功能；然而，可能有一项或多项指标超出规定的偏差。骚扰撤除后，所有功能自动恢复到正常工作。 C 级：被测试装置或系统在施加骚扰过程中，不执行其预先设计的
11、一项或多项功能，但在停止施加骚扰之后能自动恢复到正常操作状态。 D 级：被测试装置或系统在施加骚扰过程中，不执行其预先设计的一项或多项功能，骚扰撤除后，通过外部复位动作，可恢复到正常操作状态。 E 级：被测试装置或系统在施加骚扰过程中及骚扰撤除后，不能执行其预先设计的一项或多项功能，且复位也不能使被测试装置或系统恢复正常操作，必须进行维修(即硬件发生损坏)。一般在施加骚扰过程时，系统可能整体处于被骚扰状态，但在评价时则应当针对系统的执行能力。 合肥协力仪表工程技术中心 汽车电子 EMC 设计培训提纲 -第 11 页 共 27 页- 1.4 提高EMC性能的对策 1.4.1 整车 对于整车系统来
12、说，最重要的方法是对骚扰源的消除，其次是对控制装置的抗骚扰能力的提升。骚扰源主要由发电机及各种感性负载在工作时产生，必须针对这些源头进行处理。具体方法如下： (1)采用较好的发电机稳压调节器保障得到干净的电源； (2)对各种继电器采用就近安装续流二极管进行续流； (3)对电喇叭、雨刮器、空调风机等重要骚扰源进行特殊滤波处理； (4)加强整车接地处理，尽量采用单点接地； (5)加强蓄电池的维护保养，充分发挥蓄电池的稳压及滤波作用。 1.4.2 车载电子设备 对于车载电子设备本身，一般可采用以下方法进行处理： (1) 在进行仪表的 PCB 设计时，采取屏蔽、接地、滤波措施，消除 EMC 干扰。 (
13、2) 对于低能量的正脉冲，一般采用吸收法进行尖峰吸收、滤除或钳位。如可用高压旁路元件吸收正脉冲的能量，有压敏电阻、气体放电管、 TVS 管等，但要注意在电路中增加电能消耗元件以保护 TVS 等高速放电器件；对于负脉冲，一般可采用双向 TVS 吸收，或增加电容容量方法处理，通过电容的蓄能抵抗负脉冲的干扰。 (3) 对于电源跌落，一般可采用在 DC/DC 的输出，增大滤波电容，加肖特基二极管进行短时间的掉电保持，使单片机系统在秒级的时间内系统不致复位； (4) 对于高能量的正波型，一般采用 PPTC+TVS 进行吸收，防止高能量的干扰波窜人电路中。 (5) 使用磁性元件，对差模信号和共模干扰进行抑
14、制，提高电气设备的 EMC 性能。这类器件主要是电感、磁珠、共模电感。 磁性材料的典型供应商是 日本村田公司（日本村田公司（http:/）；）； 顺络电子（顺络电子（http:/）；）； 他们磁性元件种类齐全，应用范围广。我们公司有村田公司的产品选型手册。 合肥协力仪表工程技术中心 汽车电子 EMC 设计培训提纲 -第 12 页 共 27 页- 二、 EMC 静噪元器件的选择与应用 二、 EMC 静噪元器件的选择与应用 几乎所有设备的传导干扰都包含共模噪音和差模噪音，特别是车载电子设备，传导干扰尤其严重。共模干扰是由于载流导体与电瓶负极之间的电位差产生的，其特点是两条线上的干扰信号是同电位同向的；而差模干扰则是由于线-线之间的电位差产生的，其特点是两条信号线上的干扰信号是同电位反向的。通常，线路上干扰电压的这两种分量是同时存在的。 常用的 EMC 静噪元件主要
