在上一篇推文中，我們了解了電磁兼容的相關(guān)基礎(chǔ)知識。
高壓電磁兼容性設(shè)計 專場一
對于如何根據(jù)高壓電驅(qū)動系統(tǒng)的電磁干擾特性，提供有針對性的改善或解決措施，則是本文的主要內(nèi)容。
EMC設(shè)計三要素&有源器件的選型
理論與實(shí)踐證明，任何電磁干擾的發(fā)生必須具備3 個條件: 干擾源、傳播干擾的途徑和易敏感設(shè)備。
干擾源、傳播途徑和敏感體是電磁干擾的三要素，缺一不可。
作為電動汽車的零部件應(yīng)從兩個方面盡可能優(yōu)化：一是盡量降低騷擾強(qiáng)度；二是盡可能地提高抗騷擾能力。
為了增強(qiáng)抗擾度并抑制騷擾，高壓部件應(yīng)從電磁敏感度、電磁騷擾發(fā)射、芯片封裝和電源電壓等四個方面優(yōu)選有源器件；
由于噪聲電流和瞬態(tài)負(fù)載電流是傳導(dǎo)騷擾和輻射騷擾的初始源，為實(shí)現(xiàn)電源的完整性，高壓部件PCB應(yīng)優(yōu)選多層板，盡可能減小引線電感；
減小門電路驅(qū)動線對地分布電容和驅(qū)動門輸入電容，以及安裝本地去耦電容和整體去耦電容等措施，都是有源器件能夠增強(qiáng)抗擾度的有效措施。
電磁兼容設(shè)計及具體方法
在進(jìn)行電磁兼容設(shè)計時要求：
①明確系統(tǒng)的電磁兼容指標(biāo)。電磁兼容設(shè)計包括本系統(tǒng)能保持正常工作的電磁干擾環(huán)境和本系統(tǒng)干擾其它系統(tǒng)的允許指標(biāo)。
②在了解本系統(tǒng)干擾源、被干擾對象、干擾途徑的基礎(chǔ)上，通過理論分析將這些指標(biāo)逐級分配到各分系統(tǒng)、子系統(tǒng)、電路和元件、器件上。
③根據(jù)實(shí)際情況，采取相應(yīng)措施抑制干擾源，消除干擾途徑，提高電路的抗干擾能力。
④通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證是否達(dá)到了原定的指標(biāo)要求，如未達(dá)到則進(jìn)一步采取措施，循環(huán)多次，直至達(dá)到原定指標(biāo)為止。
具體到實(shí)際設(shè)計中，一般需要進(jìn)行接地設(shè)計，屏蔽設(shè)計和濾波設(shè)計三種方法。
A. 接地設(shè)計
在設(shè)計高壓系統(tǒng)前期，需要分析高壓系統(tǒng)內(nèi)各類部件的騷擾特性、敏感特性、各電路的工作電平、信號種類和電源電壓；將地線分類、劃組；畫出系統(tǒng)布局和系統(tǒng)地線網(wǎng)。
在1MHz以下低頻電路部分采用單點(diǎn)接地，10MHz以上高頻部分采用多點(diǎn)接地；
電源地線都接到電源總地線上，信號地都接到信號總地線上，兩根總地線最后匯總到一個公共入地點(diǎn)搭車體連接；
信號源接地時，屏蔽層須在信號側(cè)接地；
采用信號隔離變壓器、平衡變壓器、光耦合器和差動放大器實(shí)現(xiàn)對地環(huán)路的隔離；
B. 屏蔽設(shè)計
屏蔽是在兩個區(qū)域之間建立電磁屏障保護(hù)系統(tǒng)中的電路不受電磁環(huán)境損壞的最直接方法?？刹扇煞N屏蔽方式：其一，主動屏蔽；其二，被動屏蔽。
屏蔽所使用的材料包括：銅、鋁和鎂等良導(dǎo)電材料(用于高頻電場屏蔽)和鐵和鎳鐵高導(dǎo)磁合金(用于低頻磁場屏蔽)。
C. 濾波設(shè)計
屏蔽主要是為了解決輻射干擾，而濾波則主要是解決通過傳導(dǎo)途徑造成的干擾。
完成濾波作用的部件稱為濾波器。濾波器主要抑制通過電路通路直接進(jìn)入的干擾，它是應(yīng)用最普遍的抗干擾方法。
根據(jù)信號與干擾信號之間的頻率差別，可以采用不同性能的濾波器，抑制干擾信號，提高信噪比。
雖然高壓線束是無源器件，但整個高壓交流系統(tǒng)具有較強(qiáng)的電磁干擾性，而線束零件作為從電源、電器設(shè)備、地(即車身)之間的連接通路，正是整車電磁干擾的“重要傳播途徑”。
同時，低壓線束，尤其是低壓通信線束，也是受電磁干擾影響較大的零件之一。
地電流造成的干擾
受成本和裝配限制，車身上可供接地的點(diǎn)是有限的。因此，多個設(shè)備通過同一個接地點(diǎn)與車身接地是不可避免的。
另外，設(shè)備的接地線也受制于成本、重量、線束安裝等諸多考量，只能在合理范圍內(nèi)選擇合適的導(dǎo)線線徑，存在一定阻抗。
換句話說，電器件到蓄電池負(fù)極的接地路徑電阻不是零，這就導(dǎo)致整個回路上存在著不均衡電流，并互相影響。
汽車電子設(shè)備的接地方式一般為單點(diǎn)接地和多點(diǎn)接地的混合形式。
汽車電子設(shè)備接地方式示例
以設(shè)備1和設(shè)備2為例，A、B、C點(diǎn)電位分別為
由于地電位不為零，流過設(shè)備1的電流對設(shè)備2的地電位造成了影響，進(jìn)而影響設(shè)備2的電壓，同理，流過設(shè)備2 的電流也會對設(shè)備1造成影響。如果設(shè)備1或設(shè)備2的接地線過長、線徑不夠粗，那么地電位的影響會更大。
導(dǎo)線間的串?dāng)_
線束由若干導(dǎo)線捆扎而成，每個回路上流過的電流特性各不相同，導(dǎo)線之間不可避免地存在串?dāng)_，并且向周圍環(huán)境輻射電磁波，對車內(nèi)或車外的電子設(shè)備造成干擾。線束如果自身防護(hù)做的不好，就會直接暴露在電磁干擾的環(huán)境下。
線束雖然不能脫離電子設(shè)備而獨(dú)自實(shí)現(xiàn)某種功能，但線束自身受到的電磁干擾會直接影響到與其連接的電子設(shè)備。尤其是當(dāng)電子設(shè)備對微弱信號較為敏感時，這種影響可能會直接導(dǎo)致控制器誤判而下達(dá)錯誤的指令，造成功能性故障。
導(dǎo)線之間的串?dāng)_分為電容性耦合和電感性耦合兩種形式。平行布置的導(dǎo)線之間的電容和互感在某些頻段下不能被忽略，導(dǎo)致捆扎在一起的導(dǎo)線之間產(chǎn)生電磁干擾。
電容性耦合和電感性耦合
線束零件EMC設(shè)計
零部件電磁兼容性是整車電磁兼容性的基礎(chǔ)和前提，用于新能源車上的零部件應(yīng)滿足零部件電磁兼容性要求。
整車范圍內(nèi)首先保證零部件的EMC性能是符合標(biāo)準(zhǔn)要求。新能源汽車整車級屏蔽設(shè)計的重點(diǎn)應(yīng)是高壓系統(tǒng)的布局、屏蔽設(shè)計以及CAN通信網(wǎng)絡(luò)的抗干擾性處理。所以，在改善EMC的性能上我們應(yīng)該這么做：
但實(shí)際上，整車電磁兼容測試往往出現(xiàn)這樣一種情況，單獨(dú)對某個電子設(shè)備進(jìn)行電磁兼容測試合格，但將其放進(jìn)整車時卻無法通過測試，這往往跟線束有很大的關(guān)系。
基于以上原因，線束零件電磁兼容設(shè)計的重要性不言而喻。
線束EMC設(shè)計包括電源設(shè)計、搭鐵設(shè)計、布置設(shè)計和導(dǎo)線選型四個方面。
電源設(shè)計&接地設(shè)計
電源供電
由于很多電磁干擾都是通過電源耦合到電子設(shè)備中的，所以在系統(tǒng)供電上做專門的電磁兼容性設(shè)計。增加有效的變壓、穩(wěn)壓、濾波電路，使用高效率的開關(guān)電源芯片和穩(wěn)壓濾波效果很好的低壓差線性電源芯片為系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的電源。
對于電源波動敏感的傳感器類電器件，不能與電壓波動大的電器件共用電源。
圖 202 點(diǎn)火線圈與傳感器的電源須分開
a. 對電源要求特別高的傳感器和執(zhí)行器，不應(yīng)直接從電源取電，應(yīng)將電源提供給控制單元，經(jīng)過控制單元處理后再供給傳感器和執(zhí)行器，從而保證其電壓穩(wěn)定可靠。
b. 和車輛主動安全及被動安全相關(guān)的電氣設(shè)備(例如ESP等)，大功率設(shè)備(例如空調(diào))，這些電氣回路上須采用獨(dú)立保險絲，不應(yīng)與其他電器件共用電器件。
接地設(shè)計
使用去耦電容：每個集成電路的電源，地之間都加一個去耦電容。
去耦電容有兩個作用：一方面是本集成電路的蓄能電容，提供和吸收該集成電路開門關(guān)門瞬間的充放電能；另一方面旁路掉該器件的高頻噪聲。
地線分隔：采用4層電路板設(shè)計以減小電源，地的寄生電感，有效增強(qiáng)系統(tǒng)的EMC性能。單獨(dú)的電源層和地層可以有效防止器件之間通過地線和電源的相互耦合，另外對于有不同性質(zhì)的地線采用分割隔離的方法，使不同屬性的地線的電流走不同的路徑，可防止信號串?dāng)_。
汽車電子設(shè)備大都通過線束接到車身上的各個接地點(diǎn)，一般認(rèn)為，車身的阻抗比線束的阻抗要小得多，據(jù)此，對于接地設(shè)計須盡可能遵循以下規(guī)則：
(1) 接地線長度不能過長，如果長度不能調(diào)整對較長的線束，為減小傳導(dǎo)和輻射干擾，可以考慮在線束上增加濾波，比較方便的方法是套接合適的鐵氧體磁環(huán)。
(2) 集成電力電子用電器的接地線最多只能通過一個連接釘接到車身上；
(3) 安全系統(tǒng)的接地要與其他電氣接地分開布置，甚至雙接地，氣囊點(diǎn)爆裝置的功能地和靜電地要分開；
(4) 傳感器的地不能和負(fù)載地(加熱器，電機(jī)等)、有大電流和電壓梯度的零件的地(點(diǎn)火線圈，噴油器，風(fēng)扇、電源控制器等)通過同一個連接釘接地；
(5) 各控制模塊的電子地與大功率感性負(fù)載的地線應(yīng)分開；
(6) 大功率的LIN (Local Interconnect Network, 局域互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)) 節(jié)點(diǎn)其信號地和功能地要分開；LIN網(wǎng)絡(luò)的主節(jié)點(diǎn)和從節(jié)點(diǎn)使用同一個接地點(diǎn)；
(7) 信息娛樂系統(tǒng)的接地呈星形分布，且不能與其他類型的設(shè)備共同接地；
(8) 同系統(tǒng)可共用接地，避免不同系統(tǒng)間的串?dāng)_。
布置設(shè)計
不同類型的導(dǎo)線回路在線束中一起捆扎無可避免地會互相影響。因此，易造成干擾的導(dǎo)線和易受干擾的導(dǎo)線應(yīng)該盡可能地分開布置，建議遵循以下規(guī)則進(jìn)行線束布置：
(1) 傳感器之類的弱信號線不能與大功率感性負(fù)載的電源線、地線并行布線，類似設(shè)計必須提前到整車拓?fù)湓O(shè)計階段進(jìn)行。如無法避免，則需要增強(qiáng)弱信號用電器的抗干擾能力；
(2) 高壓線的走向稍稍變更，整車的EMC測試趨向就會有很大的變化，高壓線束應(yīng)盡量沿車身布置，優(yōu)化整車電磁輻射的環(huán)路，利用車身行程封閉的屏蔽艙；
(3) 高壓線束和低壓線束應(yīng)分開布置，間距盡量大，必須靠近時應(yīng)盡可能垂直交叉布置；
(4) 收音機(jī)天線周圍不能布置普通導(dǎo)線，且天線延長線需盡可能緊貼車身布置；
(5) 阻抗轉(zhuǎn)換器與天線結(jié)構(gòu)之間的連接，以及收音機(jī)濾波器與天線結(jié)構(gòu)之間的連接，均不能和其他線束一起捆扎走線；
(6) 承載大電流時鐘信號的導(dǎo)線必須在距離收音機(jī)、放大器等較遠(yuǎn)的地方布置；
(7) 通過繼電器切換的雨刮電機(jī)的電源線和地線必須一起靠近布線，倒車影像的電源線和視頻線須沿著車身的同一側(cè)布線，倒車影像的視頻線應(yīng)避免和流過PWM信號線一同捆扎。同方向布線。
本文我們介紹了線束零件設(shè)計階段應(yīng)如何根據(jù)高壓電驅(qū)動系統(tǒng)的電磁干擾特性，提供有針對性的改善或解決措施，下篇推文，我們將繼續(xù)為大家?guī)砣绾芜x擇特殊導(dǎo)線來解決車輛信號數(shù)據(jù)傳輸速率的問題，以及整車電磁兼容的基本測量方法和汽車電子兼容標(biāo)準(zhǔn)體系。
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