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汽車電子EMC輻射超標整改方案分析與思考

電磁兼容之家 ? 2020-09-01 10:40 ? 次閱讀

微信公眾號:電磁兼容之家

一、Basic knowledge:

輻射發射——簡稱RE,檢測的是產品對外發出的輻射干擾。國際標準參考CISPR25,國標參考GBT18655。

這個標準分為Class1~5一共5個等級,等級5的要求最嚴格,一般汽車行業會選Class3到Class5,很少看到選Class1、 Class2的。當然很多車企都自己的企業標準。

二、How measure:

輻射發射的setup:(示例,請不求甚解即可。)

輻射發射測試的線束長一般要求1.7m~2m。蓄電池和負載箱之間會用AN即人工網絡。AN可以阻止EUT產生的射頻電磁騷擾進入電網,同時衰減來自電網的干擾信號。測試頻段一般為150kHz~2.5GHz,根據測試頻段的不同天線也會不一樣,一般按下列要求準備天線:(上圖就是b)這種情況)

a) 0.15 MHz~30 MHz 1 m 單極垂直天線;

b) 30 MHz~200 MHz 雙錐天線;

c) 200 MHz~1 000 MHz 對數周期天線;

d) 1 000 MHz~2 500 MHz 喇叭天線或對數周期天線。

除了150kHz~30MHz,其他頻段在測試的時候還需要分天線水平極化和垂直極化兩個方向來測試。有的整車廠對樣品也提出了XYZ三個方向的測試要求。

三、Measurement results V.S. Standard,Pass?or No?

簡單的判斷就是接收機測試得到的頻譜低于標準要求的限值。但是測試標準上一般規定了三條曲線,即峰值,準峰值,均值。按照標準要求峰值+均值低于限值,或者準峰值+均值低于限值即可。但是由于準峰值的測試時間很長,一般按峰值+均值來測試。當然一切以測試計劃為準。

仔細觀察測試頻段,我們會發現不是連續的,是一段一段的。為什么呢?大家看一下標準名稱《車輛、船和內燃機-無線電騷擾特性-用于保護車載接收機的限值和測量方法》,測試的目的是為了保護車載接收機,而手機,對講機,廣播都是有固定的頻段的。所以個人覺得有的時候要求全頻段掃有點浪費了。

四、If No,How ?

坦率地講,EMC的輻射發射一次性通過好像不太可能,特別是這幾年整車廠標準越來越嚴格,而產品越來越復雜,成本要求往死里降。特別是新能源的電機控制器,DCDC,這幾年又有什么車載以太網,音頻視頻。有點難。

如果輻射超標了,不要著急改,先查查是不是別的原因,3套組合拳送給朋友們,要堅定地對自己的產品要有信心。

1.測試場地確認;2.測試樣品確認;3.測試工況標準確認;

下圖:

五、優化Setup

如果這些都沒有問題,那只能整改樣品了?也不對,其實還是可以先優化setup的,比如說負載,比如說線束,比如說接地都是大有可為的。如果你選了一個EMC都沒過的負載可能就會吃啞巴虧,如果你的線束做的不好,該雙絞的沒有雙絞,該用屏蔽線的沒有用屏蔽線都是對測試結果有很大影響的。還有就是接地,可能為了圖快隨便搞了個銅箔貼了一下,這都不行的。

如果最后定位到是產品的問題,整改的第一步是查找干擾源。找干擾源的方法很多,老法師憑經驗,掐指一算就知道了。輻射發射整改的第一步是查找干擾源和耦合路徑,否則后面的整改就毫無頭緒全靠運氣。如果不是老法師可以用以下幾種方法:

經驗法指的是經驗老道的工程師根據超標的頻段就知道是產品的哪個模塊導致的。一方面你需要有豐富的EMC經驗,另一方面你需要對產品非常熟悉。

如果你EMC經驗足夠豐富,對產品不是很熟悉,也可以像老中醫一樣,采用望聞問切的方法找到超標的原因。

如果你是一個新手,既沒有什么EMC經驗,對產品又不熟悉,你也不要絕望,老老實實的按圖中的其他方法來查,你也一樣可以找到問題。負載箱法其實是一種排除法。通過關閉不同的負載和輸出信號,使懷疑的模塊不工作來一個個排查,這種方法雖然很土,但只要你有耐心,總能找到干擾源。當然這種方法只適合于干擾源是輸入模塊和輸出模塊。如果是晶振,電源Buck這樣的內部模塊,該方法不太好用,可以考慮近場探頭法。近場探頭法是指通過頻譜分析儀的進場探頭在被測產品上一個區域一個區域的排查。如果對應的頻段近場探頭測到的干擾比較大,很有可能輻射發射的超標也與之有關。當然這種方法對于帶外殼的產品需要開蓋,具有一定的局限性,但特別適合于控制器等產品??磮D法和Layout法是需要有一定的EMC經驗和EMC常識的,要不你也看不出什么名堂。硬件法和軟件法也是屬于排除法,不需要有多少經驗,但需要耐得住寂寞,沉得住氣。而仿真法對工程師的要求比較高,需要有一定的仿真積累,要不不知道從何開始建模。通過下面的一些方法,大家肯定就可以找到干擾源和耦合路徑。

1)近場法:黃金搭檔,頻譜分析儀+近場探頭。探頭找找就知道干擾源在哪

2)排除法:關負載,關軟件,斷線,通過排除找到源頭

3)仿真法:通過仿真找到源頭

4)還有一招就是根據測試頻譜來判斷,比如鼓包的一般是電源,buck,boost。比如有毛刺的可以根據頻率來查。

查到了干擾源那就好辦了,下面就可以動刀改了。大的方向就是抑制干擾源,切斷耦合路徑。

六、抑制干擾源一般有下面方法:

1)改變驅動頻率

2)改變驅動電流電壓

3)少用buck boost

4)增大slewrate

七、切斷耦合途徑可以有以下方法:

1)根據頻段增加濾波,RC濾波,Π型濾波

2)串聯磁珠,共模電感

3)減小走線回路

4)包地減小串擾

5)對于有些干擾大的芯片用屏蔽罩

大的方向就這些,具體的整改措施還需要在仿真或者測試中試。

八、整改

不同的電路模塊有不同的整改方法,大的思路是濾波屏蔽接地,但是說起來簡單做起來難。就拿濾波來說,設計什么樣的濾波器,濾波器放在什么位置都是很有講究的,弄不好適得其反。所以整改的時候還得注意細節。

比如說老生常談的電源問題,還需要根據電源的特征來處理。BUCK電路近幾年用的挺多,其EMI問題也是一個大問題。常規的整改思路如圖。最簡單粗暴的辦法是讓芯片廠商改變Buck電路的頻率,但很多情況下供應商不愿意改。

當然也可以要求芯片廠商采用展頻技術。如果芯片已經沒有辦法改了,那就只能在應用上下文章了。

比如優化BUCK電路的外圍Layout,做單獨的地島,在芯片的臨近層鋪地,外圍的電感用帶屏蔽的。調整MOSFET的斜率都是很好的方法,并可以解決BUCK的EMI問題,只是需要做一些嘗試。對于高速信號的電源,整改的思路有不一樣,需要從疊層結構,電源阻抗等方面考慮,而這些優化更多的時候需要結合仿真來完成。

輻射發射整改的方法很多,并且根據不同的模塊采取的措施也不一樣。無非就是在干擾源上通過減少能量,降低干擾的劑量。通過改變工作頻率,改變斜率來改變干擾頻段。通過濾波和改變Layout等方法來改變耦合路徑。

【文章整理】電磁兼容之家

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原文標題:汽車EMC輻射發射的一些所見所聞和思考

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原文標題:汽車EMC輻射發射的一些所見所聞和思考

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的頭像 牽手一起夢 發表于 08-29 11:04 ? 454次 閱讀
中國3D打印設備以專業級為主,在3D打印設備中占比達到80.6%

2020年上半年,這家日系半導體企業交出了優秀的答卷

在日前舉行的瑞薩電子集團戰略更新說明會上,瑞薩電子代表董事、總裁兼CEO柴田英利(Hidetoshi....
發表于 08-21 14:59 ? 111次 閱讀
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