行车安全摆第一 车辆EMI问题不可轻忽
数据参考,并选用低噪声的IC组件,将可减小后续带来的电磁干扰问题。
? 电源干扰
目前车辆各种电装部品,都各自设计所属专用电源,耗电量较大之电装部品采用切换式电源设计方式,如利用脉冲宽度调变(PWM)IC驱动金属氧化物半导体场效晶体管(MOSFET)达到可调变及稳定电压供给产品使用,但在电压的转换过程中,因为高速的电压切换频率及由PWM IC基频所引起的谐波噪声,这些噪声就是主要的电磁干扰来源,会经由本体或线路以辐射或传导方式,造成产品电磁干扰问题,最典型例子就是电动车上的直流对直流(DC-DC)转换器,主要的功能为高电压转成低电压供给车内部品使用,而于整车电磁干扰测试时易受到因直流对直流转换器零部品而造成量测值过高现象 (图1)。因此,不管是车内电装部品或是单独的车用电源转换器,在电源端的电路设计加入适当滤波对策组件(如一、二阶以上的π型滤波器、电容、电感等)或是屏蔽以防止电源噪声,都能有效降低产品电磁干扰
图1 由直流对直流转换器产生的干扰值
揪出整车电磁干扰来源
由上述得知,现代电子技术在车辆上的大量使用,各种3C、通讯及影音等多样化产品已占据车辆总成本的40%以上,甚至更多,并且车用电子通讯设备日渐普及化,宽带时代的定位系统、天线、自动停车系统、多媒体娱乐系统、车载信息整合、远距离医疗、自动转向等高科技的电子产品都成为车内配备。
另一重要环节就是行车安全部分,主被动安全系统的电子产品开发,也成为车辆标准配备之一。车用电子开发技术或是各种车种的开发与应用,提升了车辆的性能及价值,也大大满足人类需求上的方便性、舒适性,同时也带来日渐严重及复杂电磁干扰问题。
在车辆狭小空间中存在不同类型电装部品,彼此之间就很容易相互产生电磁干扰,不是成为干扰源,就是被干扰导致丧失主要功能性,因此如何找寻电磁干扰源,并且达成符合电磁干扰规范要求,是目前主要须克服的难题之一。
现今台湾法规已执行的车辆电磁兼容验证法规,为交通部「车辆安全检测基准第五十六之一、电磁兼容性」(以下简称56-1法规),内容包含各种车辆之测试方法,且在辐射干扰测试上共分两大类,包含宽带干扰与窄频干扰。
依据56-1法规定义,车辆在测试过程中必须开启车辆引擎或是车辆内电装零部品进行测试, 如表1所示分类。
? 宽带干扰测试
主要为开启车辆的引擎、点火系统、电动马达、等进行测试,量测出由电动机内之换相装置因接触通电而发生的干扰,如有刷马达在换向过程是极快速之电流及电压的变换,而产生宽带干扰。
? 窄频干扰测试
主要开启车辆上具有数字讯号或是通讯系统的电装部品,如影音系统或抬头显示器等进行测试,目的在于量测出由高速数字回路的0与1高速交换所引发的窄频干扰。上述此两种噪声干扰都会经由辐射或传导的方式相互影响,并产生不可预期的电磁干扰异常现象。
在执行整车电磁干扰测试时,车辆宽窄频干扰测试的量测方式不同,而车辆的动力因驱动方式不同,设定测试条件参数亦会不同,如以内燃机为动力的车辆,量测时车辆引擎转速须视汽缸数量来区分,如表2设定条件。
以电动车辆进行量测时,动力驱动系统中的电动马达运转须定速40km/h。而窄频噪声测试主要量测由车上内部电装部品中微处理器电路或是窄频发射源,如灯具、仪表板等,所产生的窄频电磁扰动且引擎为静止状态,如表3所示。
图2 整车量测配置示意图
车辆中心整车电磁兼容(EMC)实验室整车电磁干扰的量测天线距车辆为10公尺(m),并对准车辆引擎中心进行测试,如图2为整车量测配置示意图,其检测基准的宽窄频辐射干扰限制值如图3所示。
图3 车辆内装系统的发展
对症下药 排除EMI
图4 电磁干扰改良验证流程
由上述所提到车辆内部加载众多电装部品,但要在这些电装部品中分辨出辐射干扰较高的部品并加以防制,以符合整车电磁干扰规范的要求,须先进行整车电磁干扰量测;在测试结果中如有宽带与窄频之量测值超出限制值时,可利用图4之电磁干扰改良验证流程中步骤1~3,先行找出辐射干扰的电装部品再进行改良。此验证流程主要是以车内电装部品电源开启的时间不同,而进行量测测试分析,或是利用零组件测试结果进行分析,皆可有效找出相对应干扰源的电装部品。
在进行整车电磁干扰测试后,常有量测结果超出限制值时,必须寻找干扰源并进行改良,其改良的手法不外乎使用隔离、屏蔽,但往往都是治标不治本,对于往后量产造成困扰。
图5 车厂电装部品开发流程
为了能简单
- 电磁干扰与电磁兼容浅谈(一)(连载)(01-10)
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