汽车高压线束 EMC 综述及案例介绍

2020年11月26日 评论 470 1648字

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(EMC)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。汽车高压线束分布于整车环境,是汽车内部电磁干扰的主要来源,而其本身也时常受到电磁的抗干扰。所以汽车高压线束如何应对电磁干扰尤为重要。

什么是EMC?

EMC 是 ElectroMagnetic Compatibility 的简称。电磁兼容是研究在有限的空间、时间、频谱资源条件下,各种用电设备(广义还包括生物体)可以共存,并不致引起降级的一门学科。通常来说,我们对EMC的期望就是减少对其他电子零部件的干扰,同时自身能抵抗相当程度的外界干扰。

简单来说,EMC包括了两个关键因素:电磁干扰和电磁敏感性

EMI :电磁干扰(Electro Magnetic Interference)。电磁干扰测试是测量被测设备在正常工作状态下产生并向外发射的电磁波信号的大小来反应对周围电子设备干扰的强弱。EMI是主动性的,即对外界产生的干扰。电磁干扰主要包括辐射发射和传导发射。

EMS:电磁敏感性(Electro Magnetic Susceptibility)。电磁敏感度测试是测量被测设备对电磁骚扰的抗干扰的能力强弱。EMS是被动性的,即抵抗外界的干扰。

零部件电磁兼容性是整车电磁兼容性的基础和前提,用于新能源车上的零部件不仅应满足零部件电磁兼容性要求,同时在整车电磁兼容性出现问题时,零部件供应商也有义务支持并进行相关整改。

理论与实践证明,任何电磁干扰的发生必须具备3 个条件: 干扰源、传播干扰的途径和易敏感设备。

整车范围内首先保证零部件的EMC性能是符合标准要求。新能源汽车整车级屏蔽设计的重点应是高压系统的布局、屏蔽设计以及CAN通信网络的抗干扰性处理。所以,在改善EMC的性能上我们应该这么做:

  • 尽量降低干扰的强度
  • 是尽可能地提高抗干扰的能力
  • 适当的应用屏蔽设计

首先尽量要求高压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沿着车身布置,优化整车电磁辐射的环路,同时利用车身形成封闭的屏蔽舱。

其次是减小线束接收干扰的面积: 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。

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。

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。

同时屏蔽高压电缆和连接器也是一种减少不必要的电磁干扰且经济、有效的方法。通过一系列标准的实验结果显示:屏蔽电缆和连接器能够有效减少在100 kHz到200 MHz频率范围内的不必要的干扰。目前国内车型全部采用屏蔽高压线,国外车系也有应用屏蔽网包覆在高压线外侧实现屏蔽连接的。

为了避免高压线束传输强电电流时产生电磁干扰,导致低压线束对控制单元供电及信号传输受到电磁干扰的风险,一般采用高压线束与低压线束分开设计,距离保证在200-300mm左右。 

下列是常见几种电缆对EMC方案介绍

方案1:使用编织屏蔽电缆

  • 覆盖率大,有利于高频;
  • 高频段(>1M)性能较好;

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方案2:电缆外套编织网

  • 等效截面积粗有利于低频
  • 低频段(<200K)性能较好。

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方案3:电缆外套铝管

全频段EMI性能都较好。

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方案4:铝管、编织网分段组合

结合方案2、方案3特点在整车布线时具有良好的兼容性。

汽车高压线束 EMC 综述及案例介绍

下图为屏蔽方式的结果和参数曲线。可见铝铬合金管是最好的屏蔽方式之一

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来源:中线科技

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