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資深汽車工程師談EMC的設計和整改

2016-05-26

     周巖兄弟給我投了一份材料,我在此基礎上做了一些整改,本文是我們兩個材料的整合。大家做EMC實驗給實驗折騰的很痛苦,實際的成本。

  資深汽車工程師談EMC的設計和整改

  國內追索的情況更多的是直接壞的情況,這是一種壞的情況是大家都看得明白的。

  案子1

  – 某種中高檔次轎車,具有高性能ABS系統。樣車在一次實況測試中遇到了雨天,啟動雨刮器,在某一車速運行時,ABS突然失去了作用

  – 后果,車輛損壞

  案子2

  – 國內生產的某一型號微型汽車,其發電機調節器經常出現易被擊穿損壞現象

  – 經查,當雨刮器工作時,這種損壞現象就容易發生。

  造成這種現象的主要原因是雨刮器。雨刮器驅動電機作為感性負載,在切斷電源時會產生反向電流并通過電源線傳輸到供電系統中,從而在電源系統中產生干擾脈沖,一些電子部件在這種干擾脈沖條件下,不能正常工作,甚至導致損壞。

  案子3

  – 某種國內開發生產的安全氣囊,在汽車整車裝配線上突然引爆

  – 經對該安全氣囊的電子引爆控制器進行試驗檢查,發現其不能承受較強的環境輻射電磁場,當有靜電放電發生時,會有誤動作。

  分析結果:操作現場的工人的身體靜電引爆氣囊

  如下這種就是埋坑給整車企業的工程師了,布線實際到ECU這里就出現下面這種情況了。

  所以總的來說,我們是先設計:

  板級的地線策略,結合著EMC的規范

  系統級的接地和保護

  資深汽車工程師談EMC的設計和整改

  這里就是把理念級別的,和框圖級別的合起來

  資深汽車工程師談EMC的設計和整改

  1)原理圖階段

  區分模塊外部存在弱小的傳感器信號、普通的小電流的信號、大 電流的輸出驅動和大電流的感性負載驅動。

  對于低邊驅動的時候,信號的返回路徑都是通過模塊的地線返回的;

  高邊開關則是通過模塊的電源抽取電流的,根據這些 特點我們將電路進行基本分組。

  資深汽車工程師談EMC的設計和整改

  這里實現的還需要后面執行和考慮

  2)架起原理圖和PCB之間的橋梁

  如何將原理圖和PCB對應起來,由于細分工種的問題,原理圖和PCB被割裂開來,由兩組人進行分工作業:

  例如在原理圖上有如下的電路:

  隱含一個問題就是在PCB上其實V1的負極和C1的負極是有一條線(Trace,蹤跡/軌跡)。

  在設計階段A-》B-》C是都會關注。

  如果EMC出現問題,除了要在原理圖上查找電路參數的問題

  還需要特別關注C-》D,即回流路徑

  回流路徑不順暢,會造成信號的畸變。

  在EMC試驗時,MCU的ADC采集到的信號被干擾到了,則除了在原理圖上分析外,在PCB上講該信號高亮出來,

  耐心尋找該信號的回流路徑是否有不順暢的地方

  對著信號線頭腦中想象回流路徑,借助工具來具象化

  如果一不小心到了整改階段,按照老周的辦法來,他是專業的

  1)電容濾波

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  Z=1/2πfC,即頻率f越大,電容的阻抗Z越小。

  當低頻時,電容C由于阻抗Z比較大,有用信號可以順利通過;

  當高頻時,電容C由于阻抗Z已經很小了,相當于把高頻噪聲短路到GND 上去。

  電容濾波在何時會失效

  整改中常常會使用電容這種元器件進行濾波,往往有“大電容濾低頻,小電容濾高頻”的說法。

  以常見的表貼式MLCC陶瓷電容為例,進行等效模型如圖所示。容值10nF,封裝0603的X7R陶瓷的模型參數如上圖,由于等效模型中既有電容C,也有電感L,組成了二階系統,就存在不穩定性。對電路回路來說,就是會發生諧振,諧振點在如下頻率處。即常說的在諧振點前是電容,諧振點之后就不再是電容了。

  2)LC濾波何時使用

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  如果串聯電感L,再并聯組成C,就形成了LC濾波:

  單獨一個電容C是一階系統,單獨一個電感L也是一階系統,在幅值衰減斜率是-20dB。但LC組成的二階系統,幅值衰減斜率是-40dB,更靠近理想的“立陡”的截止頻率的效果,即濾波效果更好。

  按照我們之前的一貫做法,其實預先埋一些手段,后面去調試比較合適。在頻域考慮問題,需要把整個阻抗考慮問題來選取辦法。

  資深汽車工程師談EMC的設計和整改

  小結:

  1)有時候我是信這些守則的,把每個部分的方法分散在設計的各個階段,來控制整個開發的質量,但是這樣的手段給人當作書生之見也是必然的。靠整改的神來之筆就能行,我不這么認為

  2)既然當下沒辦法,那我們從現有的設計出發,找到一些手段去亡羊補牢也可以啦,但這種敏捷開發,需要有大前提和架構來支撐的,書生之見,大家聽聽,有問題找周巖問


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