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

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常见问题

时间：2021-12-29浏览次数：987

一、案例背景

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。

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。

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

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；

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：

下图为开关电源EMI原理部分：

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：

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。