地回线对容性耦合钳快速瞬态脉冲注入的影响

/ .同济大学；.上海交通大学

0 引言

容性耦合快速瞬态脉冲抗扰度试验是采用容性耦合钳（CCC）把快速瞬态试验脉冲注入到受试设备（DUT）的待测线束，用以评价DUT对耦合到非电源线路的快速瞬态脉冲的抗干扰性能。在基础标准ISO 7637-3定义的CCC试验方法中，DUT的所有导线应穿过CCC，包括或不包括电源线，具体由车辆制造商和供应商协商决定。目前，包括全球知名车辆制造商在内的大部分车辆制造商制定的企业标准，在引用基础标准ISO 7637-3时并没有对CCC试验细节作进一步的定义。例如，当DUT包含信号地线、屏蔽线的屏蔽层等多条地回线时，在试验实施中不同类型地回线是否穿过CCC对试验的影响并未作出明确定义。

本文首先介绍了容性耦合快速瞬态脉冲抗扰度试验方法。其次，建立了线束耦合模型，并分析了线束的不同耦合路径。最后，通过实验验证了不同地回线的处理方式对试验结果的影响。

1 容性耦合快速瞬态脉冲抗扰度试验方法

容性耦合钳（CCC）方法适用于耦合快速瞬态试验脉冲，特别适用于带有中等数量或大数量待测导线的DUT。CCC试验方法布置如图1所示，瞬态脉冲发生器把快速瞬态脉冲注入到CCC的输入端口，CCC的输出端口接50 Ω衰减器，并连接至示波器监控试验脉冲信号。穿过CCC的DUT主线束长度，即耦合长度是1 m；DUT和CCC之间的距离、辅助设备和CCC之间的距离应≥300 mm；DUT线束在CCC之外的部分置于接地平板上方（50 ± 5）mm；CCC的铰链盖和试验线束应尽可能放平，以确保两者的接触。

图1 CCC方法试验布置

2 线束耦合模型

CCC提供了试验脉冲耦合到被测电路的途径，它与被测设备、线束，以及辅助设备没有任何连接。CCC耦合效率取决于被测线束的直径和材料，其中CCC和被测线束之间的典型耦合电容大约为100 pF，被测线束直径的适用范围为4 ～ 40 mm。如图2所示为CCC方法试验的线束耦合模型。

图2 CCC方法试验的线束耦合模型

为研究方便，假设CCC和被测线束之间的耦合电容为Cp，被测线束电路的耦合电流和电压分别为IG和VG，RS和RL为终端负载。在受扰电路中，终端负载为RNE和RFE，感应电流和电压分别为IR和VR。被测线束电路和受扰电路上的自电感分别为LG和LR，自电容分别为CG和CR，互电感为Lm，自电容为Cm。由镜像法，可以计算得出两导线间的单位长度互电感和单位长度互电容分别为

式中：μ0—— 真空磁导率；

ε0—— 真空介电常数

由以上公式可知，单位长度互电感Lm与导线间距离d和导线距参考地高度h相关；单位长度互电容Cm与导线间距离d和导线距参考地高度h，以及导线半径r相关。

3 地回线的影响

快速瞬态试验脉冲是模拟开关切换过程产生的瞬态现象，瞬态脉冲的特性受线束的分布电容和电感的影响。为研究方便，所采用的DUT包含主线束、电源线和屏蔽线，如图1中所示。在试验实施中，DUT的性能下降通常由差模干扰引起，因此，本文通过示波器监控主线束上耦合得到的快速瞬态脉冲幅度大小来衡量DUT受到的容性耦合快速瞬态脉冲抗扰度试验影响。

如图3所示为同一试验等级条件下，主线束上耦合得到的快速瞬态脉冲，其中图3（a）所示为当主线束和屏蔽线穿过CCC时，主线束上耦合得到快速瞬态脉冲的最大值和最小值分别为8.6 V和-10.8 V；图3（b）所示为当仅主线束穿过CCC时，主线束上耦合得到快速瞬态脉冲的最大值和最小值分别为78 V和-69 V。由此可见，因屏蔽线穿过CCC，主线束上耦合得到快速瞬态脉冲的峰值减小了约7.6倍，这可能对试验结果产生较大的影响。主线束上耦合得到的快速瞬态脉冲幅值差异主要是由于屏蔽线的屏蔽层引起的。电子电气设备屏蔽线的屏蔽层通常与设备电源地线或者设备外壳相连，即屏蔽线的屏蔽层可以被认为是设备地回路之一。当DUT的屏蔽线与主线束同时穿过CCC时，主线束上快速瞬态脉冲会耦合到屏蔽线的屏蔽层，并被导向接地层，从而使主线束上快速瞬态脉冲的幅度被明显地削弱。

此外，当DUT包含除电源地线、屏蔽线之外的信号地回线，且为同一个地层时，该信号地回线将会使DUT受到的容性耦合快速瞬态脉冲幅度明显减小。信号地回线和信号线通常在同一线束共同走线，即同时受到容性耦合快速瞬态脉冲干扰，因此，对信号地回线和信号线同时进行试验更符合实际工况。

图3 主线束上耦合得到的快速瞬态脉冲

4 结语

地回线对容性耦合快速瞬态脉冲抗扰度试验有较大的影响，特别是当DUT包含多条线束时，测试计划应该对试验的布置进行明确定义。不应对走线路径不同的线束同时进行试验，以避免某一股线束中的地回线成为另一股线束的“滤波器”，从而降低试验的准确度。更严谨的，当DUT包含多个连接器和多股线束，应先对不同连接器的线束分别进行试验，再将所有线束同时穿过CCC进行试验，以确保试验能够完全模拟整车中可能出现的多路径耦合情况。