EPS控制器电磁兼容性分析与整改

肖洁,赵斌,游永锋,林联伟

(中航工业株洲易力达机电有限公司，湖南株洲 412002)

EPS控制器电磁兼容性分析与整改

肖洁,赵斌,游永锋,林联伟

(中航工业株洲易力达机电有限公司，湖南株洲 412002)

电磁兼容性是考核汽车电动助力转向系统(EPS)控制器可靠性的一个重要方面。通过对辐射发射、传导发射、传导抗扰、辐射抗扰、大电流注入及静电放电等6个试验进行分析和整改，提升了产品的电磁兼容特性，为控制器后续的开发奠定了基础。

EPS控制器；电磁兼容；分析与整改

0 引言

随着汽车电控技术的不断发展，车载电子设备数量大大增加，电路工作频率逐渐提高，功率也渐渐增大，导致汽车工作的周围环境电磁干扰日益严重，电路日趋敏感，从而影响电子设备的正常运行，进一步威胁到汽车行驶的可靠性与安全性。由此每一个想把产品成功推向市场的企业和设计者，都必须慎重对待产品的电磁兼容(Electro Magnetic Compatibility，EMC)问题。

电动助力转向系统(Electric Power Steering，EPS)具有高效、节能、环保、路感好等一系列优点，因而在汽车行业得到了愈来愈广泛的应用[1]。EPS系统具体包括电子控制单元(即控制器(Electric Control Unit,ECU))、扭矩传感器、车速传感器、助力电机、转向管柱总成等部件。其中控制器作为整个EPS系统的控制核心，其电磁兼容性能显得尤为重要。

文中主要针对采用GMW3097和CISPR25标准的EPS控制器电磁兼容性问题进行了一些简单分析，由于PCB设计初期比较注重EMC问题，所以实际试验中的整改难度相对而言下降了很多。

1 辐射发射(RE)和传导发射(CE)

图1为整改之前的测试波形，可以看出：整个低频段超标比较明显，而低频段属于宽带噪声，主要为功率电源或宽带噪声源所发出[2]，EPS中最有可能产生宽带噪声的为助力电机及相关驱动电路。通过多次试验进行整改和验证：调节控制助力电机工作的PWM平滑度，可以从很大程度上抑制对宽频噪声的干扰，从而达到试验标准的要求。具体整改体现在改变助力电机高端和低端缓冲器的匹配值，以及功率管G极电阻的阻值，而CE整改中将电源线远离电机线，或者对电机线进行屏蔽处理，测试效果会更理想。整改后的波形如图2所示。

2 传导抗扰(CI)

传导抗扰试验主要体现在电源线和点火线施加pulse 5b波形时，多次出现损坏助力电机预驱动芯片和TVS管的现象。分析发现选用的TVS管不能完全抑制pulse 5b所带来的瞬态冲击，容易被击穿导致电源与地短路，解决办法是重新选用一个大功率的专用型TVS管[3]。而在预驱动芯片受损方面，解决起来则稍费周折。结合原厂供应商提供的损坏原因分析报告可知：故障均为电源Vbb受损，即与Vbb相连的稳压二极管E138过压击穿而导致短路。电源接口电路见图3。

可以看出：稳压管承受的电压取决于Vbb和CA、CB之间的压差ΔU。因此改变ΔU的值即可解决CI试验损坏预驱的问题。具体整改措施是将Vbb直接连到控制器的电源端，使ΔU保持在稳压管的正常稳压范围内。

3 辐射抗扰(RI)

辐射抗扰试验主要考核ECU对来自周围电磁辐射的抗干扰能力。在400 MHz～1 GHz高频段时，监控到PWM信号和电机电流会出现非常明显的波动，尤其是应该保持不变的转速信号波动异常大，具体见图4。结合日常测试多次碰到的现象——示波器探头靠近采样电路时，控制器的正常运行会受到明显影响，初步分析是电流采样电路受到了干扰，通过EMC试验更证实了此点。为了将该干扰导出控制器，先在采样芯片的输入端增加一个100 pF的对地电容C1，测试后发现波动情况略有好转，但干扰并未彻底消除。随后在靠近采样电阻的一端并接一电容C2，再次测试后干扰消失。为更好地找准整改点，去掉C1，保留C2，干扰依旧，由此可见，干扰信号输入的前级和后级应同时进行整改[4]。

4 大电流注入(BCI)

大电流注入试验同样考核ECU的抗干扰能力，其注入点包括150、450、750及1 500四处，试验中450这个点出现了电机电压和PWM信号变化异常的现象，但电机电流却保持不变。此次的整改方向主要放在电源部分，由于控制器的电源VBAT与外壳Housing之间未采取任何连接方式，在一定程度上抑制了PCB电源部分干扰信号的泄放[5]，这是问题的关键所在，因此应在VBAT和Housing之间搭建一座桥梁，具体方法是并接1～2颗100 nF或更小容值的电容，同时考虑到电容靠近螺钉安装处，为避免器件断裂导致短路，选择“顺坏断路模式”的电容最为理想。

5 静电放电(ESD)

静电放电在日常生活中随处可见，因此电子电气产品更不能忽视静电的存在。但相比上述4项试验，静电放电的整改要简单一点，采取在各信号接口处并接去耦电容来增强ECU的抗扰能力，而电容容值的大小则依据具体试验情况和产品电特性而定。其中CAN通信接口可安装专用型的ESD保护二极管，试验过程中CANL和CANH电缆应进行双绞处理[6]，试验布置见图6和图7。

6 结论

EMC认证是检验产品电磁兼容性的一个有效途径。对EPS控制器进行多次试验和整改，在提高ECU抗扰能力的同时，也降低了产品本身对周围其他电子电气装置的干扰能力，在一定程度上提升了控制器电磁特性方面的可靠性。

【1】 邵建昂.汽车电动助力转向控制器的研究[J].机床与液压，2008，36(7)：382-384.

【2】 朱文立，陈燕，肖猛.电磁兼容设计与整改对策及案例分析[M].北京：电子工业出版社，2012.

【3】 麦迪圭安·米切尔.电磁干扰排查及故障解决的电磁兼容技术[M].刘萍，魏东兴,译.北京：机械工业出版社，2008.

【4】 PAUL Clayton R.电磁兼容导论[M].闻映红,译.北京：人民邮电出版社，2007.

【5】 王萍.浅谈PCB电磁兼容设计[J].电子质量，2010，10(8)：73-75.

【6】 经纬，闫美云.传输线端接对电磁兼容的影响[J].电子测试，2007(5)：94-97.

Analysis and Debugging to Electro Magnetic Compatibility of Electric Power Steering Controller

XIAO Jie,ZHAO Bin, YOU Yongfeng,LIN Lianwei

(AVIC Zhuzhou Elite Electro Mechanical Co.,Ltd.,Zhuzhou Hunan 412002,China)

Electro magnetic compatibility is an important aspect evaluating the reliability of the electric power steering controller.By means of analysis and debugging to radiated emissions,conducted emissions,conducted immunity,radiated immunity,big current insert and electro static discharge(ESD)experiments,the EMC character of controller was improved.It provided foundation for the subsequent development to ECU.

EPS controller;Electro magnetic compatibility;Analysis and debugging

2014-09-30

肖洁(1981—)，女，硕士，工程师，主要从事EPS控制器硬件设计。E-mail:xuepiaomengfei@163.com。