在上一篇推文中，我們了解了電磁兼容的相關基礎知識。

高壓電磁兼容性設計 專場一

對于如何根據高壓電驅動系統的電磁干擾特性，提供有針對性的改善或解決措施，則是本文的主要內容。

EMC設計三要素&有源器件的選型

理論與實踐證明，任何電磁干擾的發生必須具備3 個條件:干擾源、傳播干擾的途徑和易敏感設備。

干擾源、傳播途徑和敏感體是電磁干擾的三要素，缺一不可。

干擾源，指的是產生變化電壓或電流的零部件；

傳播途徑，包括傳導耦合和輻射耦合；

敏感體，即敏感設備，指易被干擾的設備。

作為電動汽車的零部件應從兩個方面盡可能優化：一是盡量降低騷擾強度；二是盡可能地提高抗騷擾能力。

為了增強抗擾度并抑制騷擾，高壓部件應從電磁敏感度、電磁騷擾發射、芯片封裝和電源電壓等四個方面優選有源器件；

由于噪聲電流和瞬態負載電流是傳導騷擾和輻射騷擾的初始源，為實現電源的完整性，高壓部件PCB應優選多層板，盡可能減小引線電感；

減小門電路驅動線對地分布電容和驅動門輸入電容，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抗擾度的有效措施。

電磁兼容設計及具體方法

在進行電磁兼容設計時要求：

①明確系統的電磁兼容指標。電磁兼容設計包括本系統能保持正常工作的電磁干擾環境和本系統干擾其它系統的允許指標。

②在了解本系統干擾源、被干擾對象、干擾途徑的基礎上，通過理論分析將這些指標逐級分配到各分系統、子系統、電路和元件、器件上。

③根據實際情況，采取相應措施抑制干擾源，消除干擾途徑，提高電路的抗干擾能力。

④通過實驗來驗證是否達到了原定的指標要求，如未達到則進一步采取措施，循環多次，直至達到原定指標為止。

具體到實際設計中，一般需要進行接地設計，屏蔽設計和濾波設計三種方法。

A. 接地設計

在設計高壓系統前期，需要分析高壓系統內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；畫出系統布局和系統地線網。

在1MHz以下低頻電路部分采用單點接地，10MHz以上高頻部分采用多點接地；

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搭車體連接；

信號源接地時，屏蔽層須在信號側接地；

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現對地環路的隔離；

B. 屏蔽設計

屏蔽是在兩個區域之間建立電磁屏障保護系統中的電路不受電磁環境損壞的最直接方法。可采取兩種屏蔽方式：其一，主動屏蔽；其二，被動屏蔽。

屏蔽所使用的材料包括：銅、鋁和鎂等良導電材料(用于高頻電場屏蔽)和鐵和鎳鐵高導磁合金(用于低頻磁場屏蔽)。

C. 濾波設計

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入的干擾，它是應用最普遍的抗干擾方法。

根據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具有較強的電磁干擾性，而線束零件作為從電源、電器設備、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是有限的。因此，多個設備通過同一個接地點與車身接地是不可避免的。

另外，設備的接地線也受制于成本、重量、線束安裝等諸多考量，只能在合理范圍內選擇合適的導線線徑，存在一定阻抗。

換句話說，電器件到蓄電池負極的接地路徑電阻不是零，這就導致整個回路上存在著不均衡電流，并互相影響。

汽車電子設備的接地方式一般為單點接地和多點接地的混合形式。

汽車電子設備接地方式示例

以設備1和設備2為例，A、B、C點電位分別為

由于地電位不為零，流過設備1的電流對設備2的地電位造成了影響，進而影響設備2的電壓，同理，流過設備2 的電流也會對設備1造成影響。如果設備1或設備2的接地線過長、線徑不夠粗，那么地電位的影響會更大。

導線間的串擾

線束由若干導線捆扎而成，每個回路上流過的電流特性各不相同，導線之間不可避免地存在串擾，并且向周圍環境輻射電磁波，對車內或車外的電子設備造成干擾。線束如果自身防護做的不好，就會直接暴露在電磁干擾的環境下。

線束雖然不能脫離電子設備而獨自實現某種功能，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備。尤其是當電子設備對微弱信號較為敏感時，這種影響可能會直接導致控制器誤判而下達錯誤的指令，造成功能性故障。

導線之間的串擾分為電容性耦合和電感性耦合兩種形式。平行布置的導線之間的電容和互感在某些頻段下不能被忽略，導致捆扎在一起的導線之間產生電磁干擾。

電容性耦合和電感性耦合

線束零件EMC設計

零部件電磁兼容性是整車電磁兼容性的基礎和前提，用于新能源車上的零部件應滿足零部件電磁兼容性要求。

整車范圍內首先保證零部件的EMC性能是符合標準要求。新能源汽車整車級屏蔽設計的重點應是高壓系統的布局、屏蔽設計以及CAN通信網絡的抗干擾性處理。所以，在改善EMC的性能上我們應該這么做：

盡量降低干擾的強度

是盡可能地提高抗干擾的能力

適當的應用屏蔽設計

但實際上，整車電磁兼容測試往往出現這樣一種情況，單獨對某個電子設備進行電磁兼容測試合格，但將其放進整車時卻無法通過測試，這往往跟線束有很大的關系。

基于以上原因，線束零件電磁兼容設計的重要性不言而喻。

線束EMC設計包括電源設計、搭鐵設計、布置設計和導線選型四個方面。

電源設計&接地設計

電源供電

由于很多電磁干擾都是通過電源耦合到電子設備中的，所以在系統供電上做專門的電磁兼容性設計。增加有效的變壓、穩壓、濾波電路，使用高效率的開關電源芯片和穩壓濾波效果很好的低壓差線性電源芯片為系統提供穩定可靠的電源。

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行器，不應直接從電源取電，應將電源提供給控制單元，經過控制單元處理后再供給傳感器和執行器，從而保證其電壓穩定可靠。

b. 和車輛主動安全及被動安全相關的電氣設備(例如ESP等)，大功率設備(例如空調)，這些電氣回路上須采用獨立保險絲，不應與其他電器件共用電器件。

接地設計

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層電路板設計以減小電源，地的寄生電感，有效增強系統的EMC性能。單獨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，可防止信號串擾。

汽車電子設備大都通過線束接到車身上的各個接地點，一般認為，車身的阻抗比線束的阻抗要小得多，據此，對于接地設計須盡可能遵循以下規則：

(1) 接地線長度不能過長，如果長度不能調整對較長的線束，為減小傳導和輻射干擾，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。

(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) 安全系統的接地要與其他電氣接地分開布置，甚至雙接地，氣囊點爆裝置的功能地和靜電地要分開；

(4) 傳感器的地不能和負載地(加熱器，電機等)、有大電流和電壓梯度的零件的地(點火線圈，噴油器，風扇、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載的地線應分開；

(6) 大功率的LIN (Local Interconnect Network, 局域互聯網絡) 節點其信號地和功能地要分開；LIN網絡的主節點和從節點使用同一個接地點；

(7) 信息娛樂系統的接地呈星形分布，且不能與其他類型的設備共同接地；

(8) 同系統可共用接地，避免不同系統間的串擾。

布置設計

不同類型的導線回路在線束中一起捆扎無可避免地會互相影響。因此，易造成干擾的導線和易受干擾的導線應該盡可能地分開布置，建議遵循以下規則進行線束布置：

(1) 傳感器之類的弱信號線不能與大功率感性負載的電源線、地線并行布線，類似設計必須提前到整車拓撲設計階段進行。如無法避免，則需要增強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，高壓線束應盡量沿車身布置，優化整車電磁輻射的環路，利用車身行程封閉的屏蔽艙；

(3) 高壓線束和低壓線束應分開布置，間距盡量大，必須靠近時應盡可能垂直交叉布置；

(4) 收音機天線周圍不能布置普通導線，且天線延長線需盡可能緊貼車身布置；

(5) 阻抗轉換器與天線結構之間的連接，以及收音機濾波器與天線結構之間的連接，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線必須在距離收音機、放大器等較遠的地方布置；

(7) 通過繼電器切換的雨刮電機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布線，倒車影像的視頻線應避免和流過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計階段應如何根據高壓電驅動系統的電磁干擾特性，提供有針對性的改善或解決措施，下篇推文，我們將繼續為大家帶來如何選擇特殊導線來解決車輛信號數據傳輸速率的問題，以及整車電磁兼容的基本測量方法和汽車電子兼容標準體系。

審核編輯 ：李倩