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汽车零部件高低压耦合测试方法

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摘要:本文对汽车零部件产品高压与低压部件之间耦合现象的测试方法进行了分析,主要对测试方法进行了讲述,对测试结果分析。最后对此方法进行展望。

关键词:耦合;参数;限值;方法

引言

随着新能源汽车的发展与普及,新能源汽车占有比重已经越来越多高。新能源汽车相对于以往燃油车部件除了包含常规的传统低压供电系统,还包含带电机的逆变器、车载充电机、DC-DC变换器、电加热器、力驱动电池,驱动电机,OBC充电机等高压部件及驱动系统。随着高压部件应用的增多,新能源汽车中的电磁环境也变动更加复杂。主要改变有:1)高压系统因高电压,大电流的特性,其产生的辐射骚扰场强也相应变化,对其他部件的抗干扰能力提出新要求。2)高压部件在进行高低电压变换时产出较大的瞬态电磁脉冲,干扰极易从高压系统耦合到常规低压系统,对低压系统的敏感元件产生严重的干扰。从而造成相应的电磁兼容问题。

1检测标准对新出现问题的处理方法

针对上述出现的问题,2018年7月份颁布的《GB/T18655-2018骚扰特性用于保护车载接收机的限值和测量方法》已经增加了高压部件的测试方法方法及电子电器零部件高低压耦合测试的相关方法。GB/T18655-2018附录I.5HV(高压)和LV(低压)系统间的耦合章节中规定了HV—LV耦合衰减测量的方法。高低压耦合测试包括两种方法:注入法和S参数网络分析仪法。其中注入法包括传导发射电压法、传导电流发射、辐射发射法。测试方法与常规方法相比主要是增加了高压部分的布局。其中传导发射电压法测试原理是,射频信号通过耦合设备如(电流钳或电容器)注入到被测样品的高压部分,同时对低压部分的电源线和地线依照常规方法进行检测,查看测试结果是否超过规定的限值。传导发射电流法是测量LV线束的骚扰电流。在每个试验信号注入配置下分别进行测量。电流探头测量应在HV+(高压正极)和HV-(高压)电源线上分别(如果可行)和一起进行。探头放置在与被测件的距离d=50mm和d=750mm(取决于线束的长度)进行测量。射发射法是测量整个布置的辐射发射。在每个试验信号注入配置下分别进行测量。测试结果不应超过GB/T18655-2018中表7(平均值)规定的对应的LV发射限值。S参数网络分析仪法描述了电子/电气部件高压直流线和低压线间耦合衰减ac的测量。耦合衰减ac由网络分析仪S参数S21来得到,ac=-S21。耦合衰减ac由网络分析仪S参数S21来得到,ac=-S21。S21:增益或插损,描述信号经过器件后被放大的倍数或者衰减量。S21=b1/a1.对于无源网络即传输系数T或插损,对放大器即增益。测试前应对网络分析仪包括网络分析仪的同轴测量电缆进行TOSM(直通、开路、短路、匹配)校准。

2使用网络分析仪进行S方法测试详述

测试时待测样品不上电,测试频率150~1000MHz,其中108MHz以上的去耦系数仅供参考,因此常规测试时,一般仅进行150~108MHz频段的测试。测试限值分成5个等级,A1-A5,其中A1限值最宽松,此后依次以10dB/等级缩减,A5等级最严格。详见GB/T18655-2018中表1及图2。网络分析仪的使用参数:功率电平:0dBm(根据所需的动态范围,可能需要更高的推荐值);1)最小平均值系数:8;2)最小点数(对数扫描):401;3)最大IF带宽:1kHz。

3S方法测试分析

3.1测试布置要求测试的布置要求为:被测件应放置在绝缘支撑上,距参考接地平面上方50mm±5mm的位置上。除非试验计划另有规定,否则被测件壳体应与使用紫铜、黄铜、青铜或镀锌钢板的接地平面连接。被测件壳体与接地平面间的直流电阻应不超过2.5mΩ。2.5mΩ的要求相对很高,测量此参数一般采用低电流4线制毫欧计进行测量,普通万用表因测试量程,精度问题无法进行此参数测量。具体操作时,采用普通线束,使用铜箔,铝箔粘贴的方法无法达到此要求,因此一般推荐使用螺栓将接地铜带固定到接地平板上的操作方法。使用被测件终端与网络分析仪同轴测量电缆间的适配器时应格外注意,要特别确保同轴测量电缆屏蔽层和被测件壳体间的阻抗最小。实际操作时建议使用铜箔连接。

3.2测试结果处理及分析S参数法测试的关键点在于连接器和HV适配器,LV适配器直接的阻抗匹配问题。此外因网络分析仪测试时只在测试仪器上显示测试曲线。无法把限值设置进去,为方便后期分析测试结果是否通过,需要后期加入测试限值进行比较,下图为后加加入测试限值的测试结果。此时测试时应注意如果扫描曲线过高,应留意网络分析仪的纵轴设置,避免后期添加曲线时不便操作。采用中间等级要求A3做为限值,我们实际测试后发现被测产品无论是驱动线还是加热线,从测试曲线图中可以看出曲线整体频段都超出了测试限值,测试结果不通过。超标幅度最大有30多dB,最小的也有十几dB。不难看出,产品在设 计阶段没有过多的考虑高低压耦合方面的影响,从而造成结果不很理想。对造成此结果的原因分析主要可以从下面几方面进行:1)耦合原因及路径。车辆上,高压电路对低压电路的干扰耦合方式有多种,如寄生电容耦合,寄生电感耦合,辐射发耦合,共阻抗耦合等。高压部件开关的切换过程中会产生很大的瞬态du/dt,di/dt变化,引起电路中产生较大的瞬态电压和电流脉冲,此干扰脉冲通过电路传导到低压部件。脉冲频率较高时还会以线束或者尖锐部件为天线,通过辐射发射方式向外扩散,影响低压部件性能。2)耦合干扰的表现。高压电路与低压电路之间存在的强烈的干扰,如低压部分没有对此采取保护措施(如外壳屏蔽,接地保护)则高压部件对低压部件的影响会已发一系列的问题,如显示屏幕的波纹,花屏;收音机声音的杂音干扰;传感器信号的误触发等。3)对应采取的措施。在车辆上,不可能做到高压对低压完全隔离,没有影响,因此对高低压电路之间的衰减特性进行研究会是未来需要着重关注的课题。目前可采取的主要措施有对高压线束采取屏蔽,主要看其屏蔽效能是否能达到要求。高压部件的设计遵从EMC规则,避免高低压线缆平行布置,并保持有效的设计距离。借助于大量测试结果的分析,建立耦合衰减和传导发射直接可量化的模型,依据模型对应分解干扰源,干扰路径,敏感源之间的关系,产品在设计阶段要着眼于EMC性能分析,对应采取解决措施。图5测试结果曲线图

4结束语

目前评价高压到低压部件的耦合干扰的资料还相对匮乏。GB/T18655-2018给出了高压部件耦合到低压部件的测试方法和评价指标,耦合衰减的方法考核了高压部件耦合路径的衰减特性方法。高低压耦合的测量是非常值得去研究和探讨的测试。对高压部件在新能源汽车上的使用越来越频繁,如果能对高压电路后河到低压电路的耦合传导路径进行判定,如何提前避免高压部件对低压部件的干扰和串扰是需要我们高度重视的一个项目。高低压耦合的测量方法给出了提早避免这些问题的一个方法。此方法是首次提出,还有很多细节之处需要进一步研究。完善这个方法将有助于新能源汽车事业的发展。

参考文献:

[1]GB/T18655-2018车辆、船和内燃机无线电骚扰特性用于保护车载接收机的限值和测量方法[S].

[3]CISPR16-1-1:2015无线电骚扰和抗扰度测量设备和测量方法规范第1-1部分:无线电骚扰和抗扰度测量设备测量设备[S].

[4]CISPR16-1-2:2014无线电骚扰和抗扰度测量设备和测量方法规范第1-2部分:无线电骚扰和抗扰度测量设备传导骚扰测量的耦合装置[S].

[5]GB/T29259—2012道路车辆电磁兼容术语[S].

作者:林青 邓俊泳 翦文斌 单位:威凯检测技术有限公司

日用电器杂志责任编辑:张雨    阅读:人次