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车载零部件EMC屏蔽吸波导热材料整改案例之出租车计价器系统

Time:2021-12-29Number:975

一、案例背景

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问题输入

①一辆安装某公司计价器系统的电动出租车在下电停车再次上电时,车辆仪表提示“网络通讯故障”、“充电禁止请检查智能终端”等字样;

②未安装计价器系统的出租车,从未出现过上述故障提示;

现场排查

该计价器系统主要包括终端主机、计价器等其通讯方式及供电方式如下:

①通讯方式采用CAN网络与车载TBOX和网关通讯;

②供电方式车载12V蓄电池分别给终端主机和计价器供电,同时终端主机通过低压线束给中控屏供电;

序号

名称

1

中控屏

2

终端主机

3

计价器

二、数据分析

通过专业设备并按照GB/T 18655-2010规定的测试标准对该计价器系统进行EMC测试,测试结果如右图所示;

通过测试结果可以发现,该系统的整体电磁噪声较差,分别在1M左右以及30M~108M之间严重超标。如右图红方框内截取部分

超标频点;在150K~108M的频率范围内,可明显看到500K左右的频点已

达70dB;虽然该频点未在GB/T 18655-2010所规定的频点范围内,但由于其较大的电磁噪声可通过倍频的方式影响其它的频点。通过测试结果可看到从150K~108M频段范围内,其电磁噪声的趋势与500K左右的噪声完全相同,并且在1M左右超标的频点与500K左右频点的电磁噪声最为相近。通过分析可以推断出,500K频点的噪声为基频,后续的噪声都为其倍频所产生;因此,降低500K频点的噪声至关重要。因为出租车计价器系统并不是一个孤立的部件(主要包括计价器和终端主机),所以在进行EMC整改优化之前,需要确定150K~108M频段内,哪些电磁噪声为计价器产生,哪些电磁噪声为终端主机产生。

 

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对比图2与图3的测试结果,可明显发现从150K~60M范围内的频点明显降低,500K左右的频点降低近20dB,1M左右的频点以及26M~60M频段内的频点也满足标准要求,并且余量在6dB以上。但在60M~108M范围内无明显变化。

 

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断开终端主机及中控屏的供电,单独对计价器进行测试,结果如图5所示;可明显看到60M~108M范围内的超标点消失,可推断出60M~108M范围内的电磁噪声主要来源于终端主机和中控屏;150K~60M范围内的电磁噪声主要来源于计价器。

三、整改案例

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整改措施

作用

出租车计价器供电端口处增加0.47uF电容+1uF电容+2.2mH共模电感

①0.47uF电容+1uF电容,对150K~60M之间频段的电磁噪声有明显的抑制作用;

②电容后端串接2.2mH共模电感,进一步消除30M~60M之间的电磁噪声;

出租车终端主机供电端口处增加2.2mH共模电感+920R磁珠

①60M~108M之间的高频噪声来源于终端主机和主控屏;因此,在其供电端口处串接2.2mH共模电感以抑制该频段范围内的电磁噪声;

②由于共模电感绕制时工艺条件以及其固有特性等原因而存在漏感,所以在其后端串接920R磁珠,以抵消共模电感漏感所带来的影响;

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四、总结

方案总结及后续情况:

①该方案措施增加于出租车计价系统的外部线束上,因此在100M~108M

频段范围内部分频点余量不足6dB;如果放置于部件端口处或直接焊接在出

租车计价系统的各部件内部的PCB电路板上,效果会更加明显;

②该方案目前已被出租车计价系统供应商采纳,用于产品的优化升级;

EMC整改小技巧:
一、差模干扰与共模干扰
差模干扰:存在于L-N线之间,电流从L进入,流过整流二极管正极,再流经负载,通过热地,到整流二极管,再回到N,在这条通路上,有高速开关的大功率器件,有反向恢复时间极短的二极管,这些器件产生的高频干扰,都会从整条回路流过,从而被接收机检测到,导致传导超标。
共模干扰:共模干扰是因为大地与设备电缆之间存在寄生电容,高频干扰噪声会通过该寄生电容,在大地与电缆之间产生共模电流,从而导致共模干扰。
下图为差模干扰引起的传导FALL数据,该测试数据前端超标,为差模干扰引起:
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下图为开关电源EMI原理部分:
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图中CX2001为安规薄膜电容(当电容被击穿或损坏时,表现为开路)其跨在L线与N线之间,当L-N之间的电流,流经负载时,会将高频杂波带到回路当中。此时X电容的作用就是在负载与X电容之间形成一条回路,使的高频分流,在该回路中消耗掉,而不会进入市电,即通过电容的短路交流电让干扰有回路不串到外部。
对差模干扰的整改对策:
1. 增大X电容容值
2. 增大共模电感感量,利用其漏感,抑制差模噪声(因为共模电感几种绕线方式,双线并绕或双线分开绕制,不管哪种绕法,由于绕制不紧密,线长等的差异,肯定会出现漏磁现象,即一边线圈产生的磁力线不能完全通过另一线圈,这使得L-N线之间有感应电动势,相当于在L-N之间串联了一个电感)
 
下图为共模干扰测试FALL数据:
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电源线缆与大地之间的寄生电容,使得共模干扰有了回路,干扰噪声通过该电容,流向大地,在LISN-线缆-寄生电容-地之间形成共模干扰电流,从而被接收机检测到,导致传导超标(这也可以解释为什么有的主板传导测试时,不接地通过,一夹地线就超标。USB模式下不接地时,电流回路只能通过L-二极管-负载-热地-二极管-N,共模电流不能回到LISN,LISN检测到的噪声较小,而当主板的冷地与大地直接相连时,线缆与大地之间有了回路,此时若共模噪声未被前端LC滤波电路吸收的话,就会导致传导超标)
对共模干扰的整改对策:
1. 加大共模电感感量
2. 调整L-GND,N-GND上的LC滤波器,滤掉共模噪声
3. 主板尽可能接地,减小对地阻抗,从而减小线缆与大地的寄生电容。

二、产品电磁兼容骚扰源有:
1、设备开关电源的开关回路:骚扰源主频几十kHz到百余kHz,高次谐波可延伸到数十MHz。
 2、设备直流电源的整流回路:工频线性电源工频整流噪声频率上限可延伸到数百kHz;开关电源高频整流噪声频率上限可延伸到数十MHz。
 3、电动设备直流电机的电刷噪声:噪声频率上限可延伸到数百MHz。
 4、电动设备交流电机的运行噪声:高次谐波可延伸到数十MHz。
 5、变频调速电路的骚扰发射:开关调速回路骚扰源频率从几十kHz到几十MHz。
 6、设备运行状态切换的开关噪声:由机械或电子开关动作产生的噪声频率上限可延伸到数百MHz。
7、智能控制设备的晶振及数字电路电磁骚扰:骚扰源主频几十kHz到几十MHz,高次谐波可延伸到数百MHz。
8、微波设备的微波泄漏:骚扰源主频数GHz。
 9、电磁感应加热设备的电磁骚扰发射:骚扰源主频几十kHz,高次谐波可延伸到数十MHz。
 10电视电声接收设备的高频调谐回路的本振及其谐波:骚扰源主频数十MHz到数百MHz,高次谐波可延伸到数GHz。
11、信息技术设备及各类自动控制设备的数字处理电路:骚扰源主频数十MHz到数百MHz(经内部倍频主频可达数GHz),高次谐波可延伸到十几GHz。
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