汽车电磁兼容分析及设计

方胜利　梅建伟　侯贸军

摘 要：随着汽车产业的发展，面对汽车功能愈加丰富的市场需求，汽车上配置的电气设备日益增多，而伴随而来的汽车电器之间电磁兼容（EMC）问题也越来越突出，为确保各个电器设备均能正常工作，就需要行之有效的方法来解决各电器之间的电磁干扰问题。本文首先给出汽车EMC的一般性概念，然后简要分析汽车电磁干扰的三要素，在此基础上结合实际电子电器的设计经验，最后总结出目前行之有效的汽车电磁干扰抑制方法。

关键词：汽车电器；电磁兼容；电磁干扰；抑制方法

汽车中配置的电子电器由于种类不同、空间安放位置各异，因此其电磁特性不同，使得汽车内部空间的电磁场分布相对复杂，导致分析其电磁兼容的工作难度很大。本文主要结合实际工作中积累的经验指导汽车EMC的设计，采用传统的经验方法来抑制汽车电器之间的电磁干扰，以保证各电子电器能最大程度的可靠工作。

1 汽车EMC定义

车辆或零部件或独立技术单元在其电磁环境中既能令人满意的工作，又不对该环境任何事物造成不应有的电磁骚扰的能力。即在汽车及其周围的空间中，在一定的时间内（运行的时间），在可用的频谱资源条件下，汽车本身及其内部的用电设备可以共存不致引起降级。包括EMI（电磁干扰）和EMS（电磁干扰敏感度）。

2 汽车电磁干扰三要素

1）汽车电磁干扰源。汽车内复杂的电磁环境是车内、外各个电子电器干扰源共同作用导致的，而相对车外干扰源而言，车内的各个电子电器的电磁干扰作用更大，因此汽车电磁干扰源主要指汽车内部的电磁干扰源，包括供电系统电磁干扰源（如发电机负载瞬变、激励衰减瞬变）、发动机点火系统电磁干扰源、感性负载瞬变干扰源、触点放电干扰源、静电干扰源和电磁耦合干扰源等。

2）汽车电磁干扰传播途径。汽车内部电磁干扰主要通过传导和辐射传播的，傳导主要将干扰信号沿各电子电器中PCB上的引线和各电子电器之间的传输线传至受干扰设备，即其具有“二维”特点，而辐射则通过通电的电缆和导线或者汽车天线、汽车外壳缝隙将干扰电磁波向四周空间辐射，具有“三维”特点。

3）汽车电磁敏感源。汽车内部的电磁敏感源主要指易受电磁干扰影响或者抗电磁干扰能力弱的电子部件，主要指汽车内部各电子电器中易受电磁干扰的敏感元件。

3 汽车电磁干扰抑制方法

由构成电磁干扰三要素的分析可知，解决汽车电磁兼容问题的基本原则是：一方面通过对干扰源采取滤波、屏蔽等手段抑制电磁干扰的产生，另一方面通过采取屏蔽、隔离、阻抗匹配等措施抑制或切断电磁干扰传播途径，同时设法提高电子电器设备的抗干扰能力，并降低电器元件的电磁敏感度。

3.1 传导干扰的抑制

对于传导干扰，通常采用滤波的措施来抑制，主要通过适当调整滤波参数和滤波器的阶数等措施来加强对传导干扰的抑制作用，同时还可采取其他措施，如尽量减小电流回路的有效面积，通过锡箔屏蔽变压器，采用双绞线来传输信号，传输线路保持阻抗匹配、尽量对各回路单独供电，避免干扰信号产生谐振等。此外还应设法减小导线串扰，包括PCB布线时电缆弯曲次数、穿通孔数目、线路长度要尽量减小，数字地、模拟地要分开，对关键信号线要加保护地，输入、输出线要电气隔离、空间分离等。

3.2 辐射干扰的抑制

对于辐射干扰，通常采用屏蔽的措施来抑制。首先要设法抑制作为主要辐射源的电源辐射，尽量不要将散热线和地线布置在一起，同时电源散热板不能单端接地，地线要求尽可能宽并短；其次要抑制产生高频辐射的主控板辐射源，要尽量选用高频辐射少的元器件，并在高速信号线上要适当应用零电阻，并应用具有良好导电性和导磁性材料的屏蔽板，并通常将地线布在电路外围以作为良好的电场屏蔽工具。

3.3 可靠有效接地

通常汽车电路设计有许多搭铁，以建立可靠的接地系统，减小寄生电容和耦合电流，保证良好的屏蔽和滤波效果。同时国家规定，汽车上的电路必须采用负极搭铁，尤其在采用单线连接电源及用电设备，单点搭铁电源、信号等回路，以及电缆、静电屏蔽层。此外，采用与接地螺栓匹配的焊接螺母在导电性良好的干燥处可靠接地，同时为了确保特殊电器（如安全气囊）的可靠工作，采用屏蔽线或者双绞线接地。

3.4 静电放电防护

汽车电子电器中的需要电子元件，尤其是半导体元件容易失效，导致电路中的静电放电引起电路损坏，最终通过电容影响电路的稳定工作，通常电路中的静电放电干扰主要通过直接传导、电感和电容耦合来传播，因此一方面可以通过搭铁或者快速保护元件将高压静电荷释放来消除静电放电干扰，另一方面还可在PCB设计中增加保护环带，通过最短的路径将插拔线路板的电荷释放到地以抑制静电放电干扰。

3.5 其他措施

由于汽车上的电子电器种类和数量越来越多，因此汽车内部的电磁环境也越来越复杂，为保证其电磁兼容，工程师和学者还在不断探讨更有效、更为全面的方法，如在端口连接时，采用具有特殊端口电路的专用连接器（RS485/232、以太网接口），在电路中可能产生过电压的地方，采用特殊的抗干扰元器件等。

4 结语

汽车内部由于电子电器数量、种类繁多，因此电磁环境复杂，为保证其电磁兼容性能，一方面要结合电器设计工作经验采取全方位有效的电磁干扰抑制方法，包括抑制干扰源、切断干扰传播途径、提高电磁敏感源的电磁抗干扰能力，另一方面要积极探索新方法，如建立电磁兼容软件仿真模型，并根据其电磁模型采取适当的电磁抑制手段，才能使车内各电子设备可靠正常工作。

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作者简介：方胜利（1987），男，湖北十堰人，硕士，汉族，助教，研究方向：电机与电气控制。