電動汽車結(jié)構(gòu)與原理 第5章_電動汽車電氣系統(tǒng)

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1、第5章電動汽車電氣系統(tǒng),5.1電氣系統(tǒng)概述5.2電動汽車空調(diào)系統(tǒng)5.3功率變換器5.4電動汽車高壓安全5.5電氣系統(tǒng)的電磁兼容性,5.1電氣系統(tǒng)概述,電動汽車的“神經(jīng)” 分類：低壓電氣系統(tǒng)、高壓電氣系統(tǒng),圖5-1電動汽車電氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理,圖5-2典型的電動汽車高低壓電路原理,1、低壓電氣系統(tǒng) （1）組成：DC/DC功率變換器、輔助蓄電池和若干低壓電器設(shè)備。如圖5-3所示。 （2）低壓電器設(shè)備主要包括燈光系統(tǒng)、儀表系統(tǒng)和娛樂系統(tǒng)等。 （3）燃油汽車的輔助蓄電池與發(fā)動機相連由發(fā)電機來充電，而電動汽車的輔助蓄電池則由動力電池通過DC/DC變換器來充電。,圖5-3常見低壓電氣原理,（2）圖5-4所示

2、，動力電池的高壓能量從正極出發(fā)，首先通過位于駕駛員操控臺的高壓開關(guān)DK1，該開關(guān)受低壓控制，作為整車高壓電源的總開關(guān)及充電開關(guān)。經(jīng)線路2可以進行充電操作，經(jīng)線路3與主電機控制器（通過驅(qū)動電機驅(qū)動車輛）、直流電源變換器（為低壓電源充電）、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制器（控制轉(zhuǎn)向助力機構(gòu)）、制動控制系統(tǒng)控制器（控制和驅(qū)動氣泵提供制動能量）及冷暖一體化空調(diào)，最后經(jīng)過分流器FL流回負極，分流器的作用是檢測高壓線路中的電流值。,2、高壓電氣系統(tǒng),（1）組成：動力電池、驅(qū)動電機和功率變換器等大功率、高電壓的電氣設(shè)備。,圖5-4整車高壓電氣系統(tǒng)原理,圖5-5高壓電器組成部件設(shè)計圖與實物圖,5.2電動汽車空調(diào)系統(tǒng),5.2.1

3、電動汽車空調(diào)的發(fā)展現(xiàn)狀,1、空調(diào)系統(tǒng)是傳統(tǒng)汽車和電動汽車功耗最大的輔助子系統(tǒng)，它的功耗占所有輔助子系統(tǒng)功耗的60%以上。,2、與傳統(tǒng)汽車空調(diào)系統(tǒng)不同： （1）需要采用熱泵型空調(diào)系統(tǒng)或輔助加熱器； （2）壓縮機可以采用電動機直接驅(qū)動。,克萊森新型貨車電動空調(diào),工程車電動空調(diào), 電驅(qū)動壓縮機空調(diào)系統(tǒng)可以采用全封閉的HFC134a(目前汽車空調(diào)主要用制冷劑)系統(tǒng)及制冷劑回收技術(shù)，整體的高度密封性可以減小正常運行以及修理維護時制冷劑的泄漏損失，從而減少了對環(huán)境的污染。 電動空調(diào)的壓縮機靠電機驅(qū)動，因此可以通過精確的控制以及在常見熱負荷工況下的高效率運行來降低空調(diào)系統(tǒng)的能耗，從而提高整車的經(jīng)濟性。,3、

4、電動空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)點（與傳統(tǒng)相比）：, 采用電驅(qū)動，噪聲較低、可靠性高、使用壽命長、故障率低。 對于一體式電動壓縮機，取消了發(fā)動機與壓縮機之間的傳動帶，沒有了張緊件的質(zhì)量，相對于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)減小了整車質(zhì)量。 可以在上車之前預(yù)先遙控起動電動空調(diào)，對車廂內(nèi)的空氣進行預(yù)先調(diào)節(jié)，相比傳統(tǒng)空調(diào)可增加乘客的舒適性。,圖5-6電動空調(diào)的應(yīng)用示例,5.2.2技術(shù)特點, 可實現(xiàn)完全由空調(diào)自身獨立實現(xiàn)制冷、制熱功能。 可根據(jù)車廂內(nèi)熱負荷的變化自動調(diào)節(jié)制冷量輸出，達到節(jié)能降耗的要求。 壓縮機直接由電驅(qū)動，這對于電動客車而言，動力機構(gòu)不再布置在發(fā)動機艙內(nèi)，整個系統(tǒng)可集成設(shè)計全部放在車頂。, 采用制冷能力更強的R407C制冷劑

5、(傳統(tǒng)燃油汽車普遍采用R134a制冷劑)，減少產(chǎn)品尺寸，減少能源消耗。, 電動空調(diào)系統(tǒng)采用變頻調(diào)速的電動一體化壓縮機取代了傳統(tǒng)的機械傳動方式的壓縮機；由于取消了冷卻系統(tǒng)，將采用電加熱器進行冬天供暖。,暖風(fēng)機空調(diào)系列-加熱器.PTC加熱器,5.2.3關(guān)鍵部件及控制技術(shù),(1)全封閉柔性渦旋壓縮機,效率高、體積小、質(zhì)量輕、噪聲低、結(jié)構(gòu)簡單、運行平穩(wěn)。 有內(nèi)置AC380V3P、50Hz（60Hz）電機可以直接由電驅(qū)動，沒有開放式活塞壓縮機的缺點。 裝車的安裝方式，運行的可靠性和性能是設(shè)計和測試的關(guān)鍵。,24V渦旋式空調(diào)壓縮機,旋渦式空調(diào)壓縮機原理,互錯開180度的渦旋葉片圈組合一對嚙合，動圈2以回旋

6、半徑的圓作回轉(zhuǎn)運動 動圈渦旋中心繞定圈渦旋中心連續(xù)公轉(zhuǎn)，原最大的月牙容積實現(xiàn)abc的壓縮，達到預(yù)定壓力，由排氣口9排出 動圈和定圈的外周形成吸氣容積4、8 ，如此周而復(fù)始地吸氣、壓縮、排氣,12,(2)高效率的制冷劑,采用制冷能力更強的R407C制冷劑。 R407C的導(dǎo)熱系數(shù)高，粘度系數(shù)小，在同等條件下，其換熱系數(shù)高。管道的阻力損失也小，這對提高系統(tǒng)能效比、減小系統(tǒng)，減少車輛自重，節(jié)約成本有著不可低估的作用。 相比于傳統(tǒng)的R134a制冷劑，其破壞臭氧層潛能(ODP)、全球溫室效應(yīng)潛能(GWP)較小。,(3)高效傳熱和散熱機構(gòu),傳統(tǒng)管片式兩器傳熱管為9.52mm，為市場使用主流。 相比之下，7m

7、m傳熱管有著重量輕、傳熱效率高、制冷劑使用少的優(yōu)點。 管片式冷凝器一般采用銅管鋁片式，但存在換熱效率不足的缺陷，全銅翅片的應(yīng)用使得在有限的空間內(nèi)將芯體的制冷能力發(fā)揮到極致。,(4)全焊接、高集成,電動壓縮機，安裝不受發(fā)動機位置的限制，將兩器、壓縮機、系統(tǒng)管路、電器控制單元集成為一體。這種結(jié)構(gòu)使得安裝與維修變得非常的簡單。 整個系統(tǒng)采用全焊接形式，實現(xiàn)制冷劑的零泄漏。 技術(shù)難點：壓縮機、冷凝風(fēng)扇體積較大，殼體內(nèi)有兩套單獨系統(tǒng)，因此零部件較多，所以整個零部件的布置和產(chǎn)品造型是很大的難點。,(5)變頻器技術(shù),隨著電動壓縮機技術(shù)的成熟，一種基于電動壓縮機控制的變頻器孕育而生。 此變頻器專用于車載空調(diào)

8、交流異步電機的啟動和運行，采用脈寬調(diào)制方式，變頻變壓，主電路專門針對電車電網(wǎng)設(shè)計，能在頻繁的浪涌電壓、電流下可靠工作。 主開關(guān)器件使用IGBT，體積小，效率高，能實現(xiàn)交流電機的柔性快速啟動和變速運行。,(6)智能化模糊控制,隨著人們對客車空調(diào)系統(tǒng)功能要求的提高，一種基于智能化、人性化的控制器逐步運用于電車空調(diào)系統(tǒng)。 他不僅能夠完成傳統(tǒng)空調(diào)的功能，而且能夠根據(jù)車內(nèi)負荷大小自動調(diào)節(jié)壓縮機的轉(zhuǎn)速，從而使空調(diào)達到最佳節(jié)能效果。,(7)獨特的控制系統(tǒng), 電流保護設(shè)計。 電壓保護設(shè)計。 采用IGBT、IPM智能模塊。 具備軟起動特性，使機組可以正常起動。 防液激保護設(shè)計。 系統(tǒng)壓力保護設(shè)計。 壓縮機單機運

9、行保護設(shè)計。,(1)制冷系統(tǒng),半導(dǎo)體制冷又稱為熱電制冷，是固態(tài)制冷技術(shù)，不用制冷劑，沒有運行件。 熱電堆起著壓縮式制冷壓縮機的作用， 冷端及其熱交換器則相當(dāng)于壓縮式制冷蒸發(fā)器， 熱端及其熱交換器相當(dāng)于冷凝器。,5.2.4 工作原理, 熱泵 由傳動帶驅(qū)動的直流無刷電動機的電動汽車熱泵式空調(diào)系統(tǒng)工作原理如圖5-7所示。 空調(diào)系統(tǒng)的制冷制熱模式由四通換向閥轉(zhuǎn)換，實線箭頭表示制冷工況，虛線箭頭表示制熱工況。,(2)暖風(fēng)系統(tǒng),圖5-7電動汽車熱泵式空調(diào)系統(tǒng)原理,空調(diào)的制熱和制冷的道理是相同的，不過并不是重新把空調(diào)反裝一次，也不是讓壓縮機倒轉(zhuǎn)，而是通過一個巧妙的四通閥實現(xiàn)了制冷和制熱的切換。,四通閥這個東

10、西很巧妙，讓壓縮機的運行方向沒有改變的情況下，替換了蒸發(fā)器和冷凝器的位置，從而改變了冷媒的運行方向，從而實現(xiàn)了冷暖的切換。,【汽車空調(diào)可以制熱嗎？】 普通的汽車上，因為汽車有發(fā)動機這個熱源，空調(diào)系統(tǒng)里是沒有設(shè)計四通閥的，也就是只能制冷，而不能制熱。 【電動車遇到的尷尬？】 電動車上的空調(diào)，在夏季還比較好解決，只需要將壓縮機變成電動驅(qū)動即可。而到了冬季，就會遇到麻煩，因為電動車沒有發(fā)動機這個熱源，所以很多廠家選擇了一種最簡單的取熱方式，就是“電熱”，就是利用電阻的熱效應(yīng)產(chǎn)生熱量。這樣的好處就是簡單，但是帶來的一個問題就是費電。 具體哪款車用的是空調(diào)熱泵制熱，哪款車使用的是電熱制熱，這個資料

11、難查：,北汽E電動版：從使用制熱會影響續(xù)航里程上分析，應(yīng)該是電阻制熱。,北京出租車司機反映：冬天開暖風(fēng)會縮短續(xù)航里程,比亞迪秦：不清楚,沃藍達：電阻制熱，會影響續(xù)航里程,特斯拉 ModelS：電阻制熱，使用的是PTC制熱,趨勢：在電動車上，使用熱泵來實現(xiàn)制冷和制熱，一定是必然趨勢，否則電阻制熱的方式，對能源的消耗太大，會影響續(xù)航里程，也不符合電動車環(huán)保的初衷。, PTC電加熱器 采用PTC熱敏電阻元件為發(fā)熱源的一種加熱器。 通常是用半導(dǎo)體材料制成的，它的電阻隨溫度變化而急劇變化，當(dāng)外界溫度降低，PTC電阻值隨之減小，發(fā)熱量反而會相應(yīng)增加。 按材質(zhì)可以分為陶瓷PTC熱敏電阻和有機高分子PTC熱敏

12、電阻。用于空調(diào)輔助電加熱器的是陶瓷PTC熱敏電阻。 具有隨環(huán)境溫度高低的變化，其電阻值隨之增加或減小的變化特性，所以PTC加熱器具有節(jié)能、恒溫、安全和使用壽命長等特點。,暖風(fēng)機空調(diào)系列-加熱器.PTC加熱器,圖5-8粘接式陶瓷PTC加熱器1散熱片(鋁片)2插片3鋁管4絕緣紙5陶瓷PTC發(fā)熱片6電極(不銹鋼),圖5-9金屬PTC管狀加熱器1法蘭(不銹鋼)2電熱管3散熱片4溫度控制組件5熔斷器組件, 余熱+輔助PTC。利用大功率器件(功率變換、驅(qū)動電機、電機控制器等)工作時產(chǎn)生的熱量，對車內(nèi)環(huán)境進行熱交換。當(dāng)熱量不足時，啟用輔助PTC加熱器。,5.3功率變換器,分類：直流/直流（DC/DC）變換

13、 直流/交流（DC/AC）變換,電動汽車采用,形式：降壓、升壓、雙向,DC/DC：將一個固定的直流電壓變換為可變的直流電壓，也稱直流斬波器。,用于無軌電車、地鐵列車、電動汽車的無級變速和控制。,DC/DC作用：調(diào)壓（開關(guān)電源）、抑制電網(wǎng)側(cè)諧波電流噪聲。,DC/DC變換原理：將原直流電通過調(diào)整其占空比（PWM）來控制輸出的有效電壓大小。,DC/DC變換器分類：硬開關(guān)和軟開關(guān)。,功率變換器的功能：, 不同電源之間的特性匹配。例如，可利用DC/DC變換器實現(xiàn)燃料電池和動力電池之間的特性匹配。 驅(qū)動輔助系統(tǒng)中的直流電動機。在小功率(一般低于5kW)直流電動機驅(qū)動的轉(zhuǎn)向、制動等輔助系統(tǒng)中，一般直接采用

14、DC/DC變換器供電。 給低壓輔助蓄電池充電。在電動汽車中，需要高壓電源通過降壓變換器給輔助電池充電。,對功率變換器的要求：, 變換功率大。 輸出響應(yīng)快捷。 工作穩(wěn)定，抗電磁干擾。 控制方便、準(zhǔn)確。 具有能量回饋功能。電動汽車的功率變換器一般為雙向設(shè)計。,(1)直流斬波(Buck)式降壓功率變換器(2)單端正激式降壓功率變換器,(1)直流斬波(Buck)式降壓功率變換器,圖5-10Buck式降壓變換器的基本電路,Buck電路是非隔離式的，一般用在輸入、輸出電壓相差不大的場合，例如用于車載小功率高壓直流電機的調(diào)速。,5.3.1降壓功率變換器,(2)單端正激式降壓功率變換器,圖5-11單端正激式降

15、壓變換器的電路原理,圖5-12降壓功率變換器實物及示意,圖5-13內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成示意圖,(1)Boost型升壓功率變換器,圖5-14Boost型升壓變換器的電路原理,Boost型變換器也稱為并聯(lián)開關(guān)變換器，其電路原理如圖5-14所示，由開關(guān)管、二極管、儲能電感和輸出濾波電容組成。,5.3.2升壓功率變換器,(2)全橋逆變式升壓功率變換器,圖5-15全橋逆變式升壓變換器的電路原理,,,,全橋逆變式變換器的電路原理圖如圖5-15所示，主要由開關(guān)管 、中頻升壓變壓器和輸出整流二極管 、 組成。,圖5-16雙向功率變換器的電路原理,雙向功率變換器采用Buck-Boost復(fù)合電路結(jié)構(gòu)，如圖5-16

16、所示。,5.3.3雙向功率變換器,圖5-17雙向功率變換器實物及示意,(1)直流不停電電源系統(tǒng)(DC-UPS),圖5-18DC-UPS電源系統(tǒng),圖5-18是一種DC-UPS的結(jié)構(gòu)框圖，由AC/DC變換器、電池包BA和雙向DC/DC變換器構(gòu)成。,(2)電動汽車燃料電池電源系統(tǒng),圖5-19電動汽車燃料電池電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖,圖5-19為電動汽車燃料電池電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，雙向DC/DC變換器是此電源管理系統(tǒng)中的重要組成部分之一。,5.4.1高壓系統(tǒng)布置要求, 供電的所有動力電池做到分組串聯(lián)，且每組電壓小于96V，并配熔斷器，可在發(fā)生意外短路時斷開電池組之間的連接。 將一個含有多個動力電池包、兩個高壓直

17、流接觸器以及熔斷器各自集成在絕緣封閉殼體內(nèi)，這樣就可以將高電壓的帶電部件與外部環(huán)境隔絕，同時相互之間的電磁干擾也得到了較好的屏蔽。,5.4電動汽車高壓安全, 設(shè)計的高壓電安全監(jiān)控系統(tǒng)也安裝在一個絕緣封閉殼體內(nèi)，而且布置位置需要盡量靠近電池包以便在發(fā)生高壓故障時可及時切斷高壓回路。 高壓電安全監(jiān)控系統(tǒng)包含有高壓回路預(yù)充電電路，目的是為了防止高壓系統(tǒng)容性負載產(chǎn)生的瞬態(tài)沖擊，在系統(tǒng)斷電后，保證預(yù)充電繼電器能夠完全斷開。, 高壓電安全監(jiān)控系統(tǒng)通過控制高壓接觸器通斷，可以確保電動汽車高壓回路的安全性，且在系統(tǒng)斷電后，兩個高壓接觸器能夠完全斷開。 在高壓回路中布置高壓環(huán)路互鎖電路，以確保電池組外的所有高壓

18、電路的連續(xù)性。 設(shè)置手動切斷高壓回路裝置，用于維修或者緊急情況下手動切斷高壓回路。,5.4.2安全要求及檢測參數(shù), 人體的安全電壓低于36V，觸電電流和持續(xù)時間乘積的最大值小于30mA.s。 絕緣電阻除以電池的額定電壓至少應(yīng)該大于100/V，最好是能夠確保大于500/V。,1、安全要求, 對于高于60V的高壓系統(tǒng)的上電過程至少需要100ms，在上電過程中應(yīng)該采用預(yù)充電過程來避免高壓沖擊。 在任何情況下繼電器斷開時間為20ms，當(dāng)高壓系統(tǒng)斷開后1s，汽車的任何導(dǎo)電部分應(yīng)該和可觸及的部分對地電壓的峰值應(yīng)當(dāng)小于42.4V(交流)或60V(直流)，儲存的能量應(yīng)該小于20J。, 高壓電氣參數(shù)：高壓系統(tǒng)電

19、壓、電流，高壓總線剩余電量。 高壓電路參數(shù)：動力電池絕緣電阻、高壓總線等效電容。 非電測量參數(shù)：環(huán)境溫度、濕度。 數(shù)字量測控參數(shù)：主要是開關(guān)量的輸入和輸出。,2、檢測參數(shù),(1)漏電保護器,電動汽車采用漏電保護器是必要的，一旦有正或負母線與車身相連，保護器報警，這就避免了電機殼體漏電成為高壓正極，站在車上的人觸摸負極造成電擊傷。這樣的設(shè)計也可避免空調(diào)系統(tǒng)高壓、DC/DC系統(tǒng)高壓的泄漏。,5.4.3高壓安全防護措施,(2)高壓互鎖,逆變器封密在高壓盒中，非工作人員不能拆開。但會有工作人員疏忽和非工作人員的強行拆開情況，為防止電擊傷在逆變器盒蓋上設(shè)計有高壓互鎖開關(guān)，只要逆變器盒體打開，開關(guān)動作，控

20、制器收到信號斷開系統(tǒng)的主繼電器，可以避免意外電擊出現(xiàn)。,(3)絕緣電阻檢測,較高的供電電壓對整車的電氣安全就提出了更高的要求，尤其是對高壓系統(tǒng)的絕緣性能提出了更為苛刻的要求。絕緣電阻是表征電動汽車電氣安全好壞的重要參數(shù)，相關(guān)電動汽車安全標(biāo)準(zhǔn)均作了明確規(guī)定，目的是消除高壓電對車輛和駕乘人員人身的潛在威脅，保證純電動汽車電氣系統(tǒng)的安全。,(1)電氣絕緣監(jiān)測的一般方法, 輔助電源法。在我國某些電力機車采用的漏電檢測器中，使用一個直流110V的檢測用輔助蓄電池，蓄電池正極與待測高壓直流電源的負極相連，蓄電池的負極與車輛機殼實現(xiàn)一點連接。在待測系統(tǒng)絕緣性能良好的情況下，蓄電源沒有電流回路，漏電流為零；在

21、電源線纜絕緣層老化或者環(huán)境潮濕等情況下，蓄電池通過電源線纜絕緣層形成閉合回路、產(chǎn)生漏電流，檢測器根據(jù)漏電流的大小進行報警，并關(guān)斷待測系統(tǒng)電源。,5.4.4高壓絕緣監(jiān)測, 電流傳感法。將待測系統(tǒng)中電源的正極和負極一起同方向穿過電流傳感器，當(dāng)沒有漏電流時，從電源正極流出的電流等于返回到電源負極的電流，因此穿過電流傳感器的總電流為零，電流傳感器的輸出電壓為零；當(dāng)發(fā)生漏電現(xiàn)象時，電流傳感器輸出電流不為零。根據(jù)電壓的正負可以進一步判斷產(chǎn)生漏電流的來源是來自電源正極引線電纜還是電源負極引線電纜。 但是，應(yīng)用此方法的前提是待測電源必須處于工作狀態(tài)。,(2)電動汽車電氣絕緣性能的描述,在直流電源系統(tǒng)中，定量

22、描述一種介質(zhì)絕緣性能和導(dǎo)電性能的物理量是電阻。 導(dǎo)體的電阻小，絕緣體的電阻大，絕緣體電阻的大小表征了介質(zhì)的絕緣性能。 電阻越大，絕緣性能越好，反之亦然，稱該電阻為絕緣電阻。 在電動汽車的高壓電氣系統(tǒng)中，分別利用電源的正極引線電纜和負極引線電纜對底盤的絕緣電阻，來反映電氣系統(tǒng)的絕緣性能。,(3)絕緣電阻檢測原理,為了監(jiān)測上述絕緣電阻，直接將車載高壓電源作為監(jiān)測電源。電源正極、負極和車輛底盤之間建立了橋式阻抗網(wǎng)絡(luò)，如圖5-20所示。,圖5-20橋式阻抗網(wǎng)絡(luò),5.5電氣系統(tǒng)的電磁兼容性,電磁兼容性： 能抵御環(huán)境中的電磁干擾、 不對環(huán)境造成不能承受的電磁騷擾。,電磁兼容實驗室（EMC）：可進行抗電

23、磁干擾強度測試、電磁騷擾強度測試，滿足國家最新標(biāo)準(zhǔn)要求的靜電放電抗干擾度、射頻電磁場輻射抗擾度、電快速瞬變脈沖群抗擾度、工頻磁場抗擾度、浪涌抗擾度、射頻場感應(yīng)的傳導(dǎo)騷擾抗擾度等。 圖5-21電磁兼容實驗室組織結(jié)構(gòu)。,圖5-21電磁兼容實驗室組織結(jié)構(gòu),圖5-22電波暗室內(nèi)部實物,圖5-23全電波暗室與半電波暗室示意,5.5.1電磁兼容性主要術(shù)語,國家標(biāo)準(zhǔn)電磁兼容術(shù)語定義：設(shè)備或系統(tǒng)在電磁環(huán)境中能正常工作，且不對該環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾能力。,5.5.1電磁兼容性主要術(shù)語,表5-1國際主要汽車電磁兼容標(biāo)準(zhǔn),表5-2國內(nèi)汽車電磁兼容的標(biāo)準(zhǔn),5.5.2電動汽車電磁環(huán)境分析,(1)車載干

24、擾源,這主要是指車上各種電子電氣系統(tǒng)產(chǎn)生的電磁干擾。 車載干擾源主要有驅(qū)動系統(tǒng)、動力電池、功率變換器、繼電器、電動輔助系統(tǒng)、開關(guān)、通訊設(shè)備以及微處理器等電子設(shè)備。 車載干擾源的電磁傳播模式很復(fù)雜，它有傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種形式。 一般情況下，在電動汽車系統(tǒng)的輻射干擾中，共模高頻干擾占據(jù)著主導(dǎo)地位，而其他頻段干擾較小。,(2)自然干擾源,自然干擾源是指由自然現(xiàn)象引起的電磁干擾。 比較典型的自然界電磁現(xiàn)象產(chǎn)生的電磁噪聲有大氣噪聲、太陽噪聲、宇宙噪聲以及靜電放電等。 大多數(shù)情況下，這種電磁噪聲非常復(fù)雜，并且對汽車的干擾影響可以忽略。 但是，閃電和靜電放電可能會產(chǎn)生很大的瞬變場強。,(3)人為干擾源

25、,人為干擾源是指由汽車外部人工裝置產(chǎn)生的電磁干擾。 主要有其他車輛的輻射干擾，車外的雷達、無線電臺發(fā)射機、移動通訊設(shè)備等發(fā)射的電磁波干擾，以及高壓輸電線的電暈放電等。,(1)第一層有源器件的選型和印制板設(shè)計,為了增強抗擾度并抑制騷擾，應(yīng)從電磁敏感度、電磁騷擾發(fā)射、芯片封裝和電源電壓等四個方面優(yōu)選有源器件。由于噪聲電流和瞬態(tài)負載電流是傳導(dǎo)騷擾和輻射騷擾的初始源，為實現(xiàn)電源的完整性，應(yīng)優(yōu)選多層板，盡可能減小引線電感；減小門電路驅(qū)動線對地分布電容和驅(qū)動門輸入電容；選用SMD；安裝本地去耦電容和整體去耦電容。 PCB設(shè)計具體方法主要包括： 優(yōu)選多層板。布局布線原則 。層間安排原則 。 遵循2H和2W設(shè)

26、計原則 。,5.5.3電磁兼容性設(shè)計方法,(2)第二層接地設(shè)計,分析系統(tǒng)內(nèi)各類部件的騷擾特性、敏感特性、各電路的工作電平、信號種類和電源電壓；將地線分類、劃組；畫出系統(tǒng)布局；畫出系統(tǒng)地線網(wǎng)。在1MHz以下低頻電路部分采用單點接地，10MHz以上高頻部分采用多點接地；電源地線都接到電源總地線上，信號地都接到信號總地線上，兩根總地線最后匯總到一個公共入地點搭車體連接；信號源接地時，屏蔽層在信號側(cè)接地；多個信號屏蔽雙絞線與多芯對絞總屏電纜連接時，各屏蔽層應(yīng)相互連接好，360度搭接；采用信號隔離變壓器、平衡變壓器、光耦合器和差動放大器實現(xiàn)對地環(huán)路的隔離；PCB表面覆銅一定要良好接地；多層板中間層的空曠

27、區(qū)不要覆銅等。,(3)第三層屏蔽設(shè)計,采用高導(dǎo)電率材料加屏蔽體接地進行靜電屏蔽和電場屏蔽；采用高磁導(dǎo)率材料進行低頻磁場屏蔽；采用高導(dǎo)電率材料進行高頻磁場屏蔽；采用高導(dǎo)電率材料加接地進行遠場電磁屏蔽。永久性接縫采用焊接方式；非永久性接縫采用導(dǎo)電襯墊。通風(fēng)空采用蜂窩狀通風(fēng)板。單根導(dǎo)線或電纜穿過屏蔽體時，采用饋通濾波器；一組導(dǎo)線或電纜穿過屏蔽體時，采用濾波器連接器；在I/O端口加裝濾波器；屏蔽電纜與屏蔽體連接時應(yīng)成啞鈴狀，屏蔽層與屏蔽體360度搭接。,(4)第四層濾波設(shè)計和瞬態(tài)騷擾抑制,反射式低通濾波器按源阻抗和負載阻抗選擇網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并核算其插入損耗和頻率特性；反射式低通濾波器安裝時使輸入線盡可能短

28、，輸出線與輸入線隔離，并良好接地；吸收式低通濾波器采用鐵氧體元件，用于電源線、數(shù)據(jù)線和PCB上，安裝在騷擾附近；采用長而細的鐵氧體元件抑制效果好。,(1)屏蔽,屏蔽是在兩個區(qū)域之間建立電磁屏障保護系統(tǒng)中的電路不受電磁環(huán)境損壞的最直接方法。 可采取兩種屏蔽方式：其一，主動屏蔽；其二，被動屏蔽。,5.5.4抑制電磁干擾的技術(shù)措施,屏蔽的設(shè)計原則：高頻電場屏蔽應(yīng)用銅、鋁和鎂等良導(dǎo)電材料；低頻磁場屏蔽應(yīng)用磁性材料，如鐵和鎳鐵高導(dǎo)磁合金；足夠厚度的屏蔽層可屏蔽任何頻率的電場，且有很高的屏蔽效能；多層屏蔽（包括機殼與電纜）能在寬頻帶上提供高屏蔽有效度；用來密封縫隙的各種結(jié)合面必須清潔，不能有不導(dǎo)電的涂層；

29、為了保持外殼的屏蔽效能，對必不可少的穿線孔應(yīng)加導(dǎo)電襯層、彈簧墊圈、波導(dǎo)衰減器和柵網(wǎng)等。,(2)濾波,屏蔽主要是為了解決輻射干擾，而濾波則主要是解決通過傳導(dǎo)途徑造成的干擾。 完成濾波作用的部件稱為濾波器。 濾波器主要抑制通過電路通路直接進入的干擾，它是應(yīng)用最普遍的抗干擾方法。 根據(jù)信號與干擾信號之間的頻率差別，可以采用不同性能的濾波器，抑制干擾信號，提高信噪比。,(3)接地, 合理規(guī)劃線束。在線束布置上，使小功率敏感電路緊靠信號源，大功率干擾電路緊靠負載，盡可能分開小功率電路和大功率電路，減小線束間的感應(yīng)干擾和輻射干擾。不同用途、不同電平的導(dǎo)線，如輸入與輸出線、弱電與強電要遠離，盡量不要平行；接

30、地線長度要盡量短，截面要盡量大。關(guān)鍵元件、電路和走線都要加屏蔽，屏蔽要合理接地。對較長的線束，為減小傳導(dǎo)和輻射干擾，應(yīng)在線束上增加濾波，比較方便的方法是套接合適的鐵氧體磁環(huán)。, 元器件選擇和電路設(shè)計。元器件選擇和電路設(shè)計是抗電磁干擾和電磁兼容性設(shè)計的重點之一。通過選擇元件及抗擾篩選，以得到高抗干擾門限值的元件，采用屏蔽的雙絞線作連線，縮短元件和電路的連線。另外，還要考慮到數(shù)字電路比線性、模擬電路抗擾性強，低速數(shù)字電路比高速數(shù)字電路有更低的電磁靈敏度。,5.5.5電磁場輻射強度檢測實例, 在某所電磁兼容試驗室，對某電動客車進行檢驗，表5-3為試驗條件。檢測和判定方法依據(jù)GB/T 183872001電動車輛電磁場輻射強度的限值和測量方法寬帶9kHz30MHz。 電磁場輻射強度檢驗結(jié)果。, 在某所電磁兼容試驗室,表5-3試驗條件, 電磁場輻射強度檢驗結(jié)果,圖5-24v=16km/h、64km/h，棒天線位于車輛后部, 電磁場輻射強度檢驗結(jié)果。,圖5-25v=16km/h、64km，環(huán)天線與車輛后部平行,