汽车电子的电磁兼容检测技术探讨

汽车电子的电磁兼容检测技术探讨Discussion of EMC Test Technology for Automotive Electronics
涂辛雅王益平章瀚臣
杭州远方仪器有限公司EMC&电子测量研究所
Cinya Tu Yiping Wang Hanchen Zhang
EVERFINE INSTRUMENT CO.,LTD Institute of EMC&Electronic Measurement
摘要—随着汽车电子技术的飞速发展，汽车自动化、智能化程度日益提高，各种电子设备广泛应用于汽车动力控制系统、安全控制系统、车身电子系统、娱乐通讯系统中，对汽车行驶的安全性、可靠性、舒适性、节能减排性起着至关重要的作用。

由于汽车电气设备数量、种类的不断增加，工作频率的不断提高，汽车内电磁环境日益复杂，由此带来了新的电磁兼容（EMC）问题。

本文结合汽车电子电磁兼容（EMC）检测的最新发展趋势及相关的国际标准，系统地介绍了汽车电子的EMC测试标准及测试项目，并重点阐述了传导发射、辐射发射、大电流注入、瞬态抗扰度测试技术。

Abstract:With the rapid development of automotive electronics technology,also the increasing improvement of automobile automation and intelligent,kinds of electronic equipment are widely used in power control system,security control system,automobile body electronic system,as well as entertainment and communication system of automobile which play an important role in the safety, reliability,comfort,energy conservation and emission reduction of automobile driving.Due to the increasing of the quantity and type of electronic equipment for automobile,and the continuous improvement of the working frequency,the electromagnetic environment inside automobile is increasingly complicated,thus it also brings new problems of electromagnetic compatibility(EMC). Based on the latest developing trend of automotive electronics EMC test and relevant international standards,this paper introduces the EMC test standards and test items of automotive electronics,and mainly expounds on the conducted emission,radiation emission,BCI and transient immunity test techniques.
关键字：汽车电子，电磁兼容(EMC)，电磁骚扰(EMI)，电磁抗扰度（EMS）
Key words:automotive electronics,Electromagnetic Compatibility(EMC),Electromagnetic Interference(EMI),Electromagnetic Susceptibility(EMS)
0.引言
人们对汽车安全性、舒适度、环保性能要求的不断提升极大地促进了汽车电子技术的飞速发展，如今汽车产业60%～70%的技术创新都是由汽车电子技术推动的。

越来越多的传统机械系统被电子系统所取代，汽车电子在新能源汽车中的价值占比高达47%。

汽车电子被广泛应用的同时，我们应该密切关注到汽车上的电子设备和器件，特别是半导体逻辑器件对电磁干扰十分敏感，经常会发生汽车内部电子设备相互干扰的情况。

当电磁干扰发生时，轻则导致电子设备功能劣化，重则导致功能失效，严重威胁汽车安全行驶。

因此，电磁兼容性能成为考量汽车电子设备可靠性和安全性的一个重要方面，不可轻视。

1.汽车电子相关电磁兼容标准
国际对于汽车电子设备的电磁兼容问题非常重视，很早就开始了这方面的研究，目前已形成了较为完善的汽车电磁兼容标准体系。

汽车电子设备电磁兼容主要测试标准列举如下：
表1汽车电子相关电磁兼容测试标准
序号标准号标准名称
1CISPR25
GB/T18655
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
2ISO11452-1/-2/-3/-4/-5/-7/-8/-9/-10/-
11
道路车辆电气/电子部件对窄带辐射电磁能的抗
扰性试验方法
3GB/T17619机动车电子电器组件的电磁辐射抗扰性限值和测
量方法
4ISO7637-1/-2/-3
GB/T21437.1/.2/.3道路车辆由传导和耦合引起的电骚扰
5ISO10605
GB/T19951道路车辆静电放电产生的电骚扰试验方法
6ISO16750-2
GB/T28046.2
道路车辆电气及电子设备的环境条件和试验第2
部分电气负荷
7ISO21848道路车辆42V供电电压的电气和电子设备电气
负荷
8IEC61000-3-2
GB17625.1
电磁兼容限值谐波电流发射限值（设备每相输入
电流≤16A）
9IEC61000-3-12电磁兼容限值谐波电流发射限值（设备每相输入
电流>16A并且≤75A）
10IEC61000-3-3
GB17625.2
电磁兼容限值对每相额定电流≤16A且无条件
接入的设备在公用低压供电系统中产生的电压变
化、电压波动和闪烁的限制
11IEC61000-3-11电磁兼容限值对每相额定电流>16A并且≤75A 且无条件接入的设备在公用低压供电系统中产生的电压变化、电压波动和闪烁的限制
12IEC61000-4-4
GB17626.4
电磁兼容试验和测量技术电快速瞬变脉冲群抗
扰度试验
13IEC61000-4-5电磁兼容试验和测量技术浪涌（冲击）抗扰度试
GB17626.5验
14ECE-R10/04《Uniform provisions concerning the approval of
vehicles with regard to electromanetic compaitbility》152004/104/EC《欧盟机动车电磁兼容性指令》
以上列举的主要是由国际化标准化组织（ISO）、国际电工委员会（IEC）、国际电工委员会无线电干扰特别委员会（CISPR）制定的国际标准，事实上各大型汽车公司都有自己的企业标准，如福特、大众、宝马、奔驰、尼桑、雪铁龙等。

企业标准比国际通用标准严格得多，如国际标准对于汽车抗扰度的要求通常为24V/m，而一些汽车公司规定试验等级为100V/m-200V/m。

2.汽车电子电磁兼容测试项目
汽车电子设备的电磁兼容测试项目可以分为电磁干扰（EMI）、电磁敏感度（EMS）两大类。

EMI（Electromagnetic Interference）即电磁干扰测试，是测试汽车电子设备产生的可能引起其它事物（包括设备、系统、人）性能降低或产生损害的电磁骚扰。

EMS（Electromagnetic Susceptibility)即电磁敏感性（抗扰度）测试，是测试汽车电子设备对各种类型的电磁骚扰如窄带能量辐射、瞬态干扰、静电放电、电源环境变化等电磁现象的抗扰能力。

表2车载电子系统电磁兼容测试项目
需要注意的是纯电动汽车中高压大功率的电力电子装置和驱动电机在工作时会产生严重的电磁干扰，同时电动汽车比传统汽车增加了更多的高压线束和CAN 通信线束，干扰会通过电缆和底盘对CAN 通信线束造成影响，因此电动汽车的电磁兼容问题更为复杂、严重。

电动汽车充电系统（RESS）相比传统车载电子系统，电磁兼容检测项目增加了谐波电流、电压波动及闪烁、电快速瞬变脉冲群抗扰度、浪涌（冲击）抗扰度等EMC 测试。

表3电动车和混合动力车充电系统测试项目
3.汽车电子电磁兼容测试技术3.1传导发射（CE ）测试
瞬态传导抗扰度及电源变化抗扰度
脉冲P1、P2a 、P2b 、P3a 、P3b 、P4、P5a 、
P5b
依据ISO16750-2、GB/T 28046.2、ISO21848等标准
EMS7637A 汽车电子抗扰度测
试系统
无特殊要
求
汽车电子设备在正常工作时无可避免的对周围的其他车载电子产品造成干扰。

按其传输途径可分为传导发射、辐射发射。

低频段的骚扰主要表现为传导发射，即汽车电子设备通过一个或多个导体，如电源线、信号线、控制线或其他导线，将骚扰值传输至其他车载电子产品中，干扰其它电子设备的正常工作。

为了有效测试汽车电子设备自身的传导发射值是否超标，需要对其进行测试。

传导发射测试依据CISPR25标准进行，测试设备包括人工电源网络（AMN)、接收机,试验需在屏蔽室进行，布局如图1所示。

图1汽车电子传导发射—电压法测试布局图
对于汽车电子设备电源端口的传导发射可以采取电压法，即采用AMN耦合电磁骚扰信号，如图1所示。

如果对汽车电子设备信号端口的传导发射进行测量，可以采用电流法，即采用电流探头环绕被测导线，通过电流探头耦合电磁骚扰信号。

需要注意的是汽车电子传导发射与民品传导发射测试存在较大差异，主要差异如下：
1）人工电源网络（AMN)的电路结构及特征阻抗不同。

汽车电子AMN的特征阻抗是5μH//50Ω，民品AMN的特征阻抗是(50µH+5Ω）//50Ω；
2）试验接地要求不同。

汽车电子CE测试要求接地平板距离屏蔽室地面900mm±50mm，被试品放在接地平板上方50mm厚的绝缘支座上。

接地平板要求通过接地铜带与屏蔽室地面或墙面电气搭接，接地铜带间的距离不得大于300mm，接地铜带最大长宽比应为7:1，直流电阻不超过2.5m Ω。

而民品CE测试要求被试品放在一个至少80cm高的绝缘材料的试验台上，离屏蔽室的墙面或接地平板40cm。

3.2辐射发射（RE）测试
为考核汽车电子设备在正常工作时向空间发射的辐射骚扰，需进行辐射发射测试。

辐射发射测试可以分为磁场辐射、电场辐射，功率辐射（骚扰功率）。

磁场辐射一般针对灯具、电磁炉等设备；功率辐射发射一般针对家电、电动工具、AV产品的辅助设备；而电场辐射应用最为普遍。

汽车电子设备的辐射发射我们关注的是电场辐射。

测试时应采用50Ω输出阻抗的线性极化电场天线。

150kHz～30MHz应采用1m长的垂直单鞭天线；30MHz～200MHz应采用双锥天线；1GHz～2.5GHz 应采用喇叭或对数周期天线。

30MHz以下的测量仅采用垂直极化方式，30MHz以上的测量应采用垂直和水平两种极化方式，测试布置如图2所示。

图2汽车电子辐射发射测试
实验要在电波暗室中进行，相比民品辐射发射测试需要建造标准3m法或10m法电波暗室，同时满足场地归一化衰减（NSA）、场地电压驻波比（SVSWR）性能要求而言，汽车电子辐射测试仅要求在“装有吸波材料的屏蔽室”即1m法电波暗室中进行测试。

标准要求在屏蔽室的墙和天花板铺设吸波材料，吸波材料的垂直入射反射率在70MHz～2500MHz频率范围内至少大于6dB。

并且电波暗室的净空间应保证无论是被试设备还是测量天线距离墙或天花板的吸波材料的最近表面1m 以上。

3.3大电流注入（BCI）测试
依据ISO11452-4、SAE J1113-4、GB/T17619、2004-104-EC等标准要求，可采用BCI大电流注入法对车载电子系统进行辐射抗扰度测试。

该方法采用大电流注入探头环绕受试设备（EUT）与其电源或负载的连接线束，在1MHz～400MHz的频率范围内，将射频干扰信号放大后施加到大电流注入探头中，使受试设备线束上产生感应电流。

BCI测试系统主要包括射频信号发生器、功率放大器、定向耦合器、射频功率计、大电流注入探头、电流监视探头、测试软件及其他专用配件等。

BCI测试仅需在电磁屏蔽室内进行，不需建设电波暗室。

另外400MHz以下频段内不需要大功率的功放，因此相比辐射抗扰度电波暗室法，BCI测试可大幅降低测试成本，应用非常普遍。

BCI测试布置如图3、图4、图5所示。

图3汽车电子BCI测试设备连接示意图
图4汽车电子BCI测试俯视图图5汽车电子BCI测试侧视图
3.4瞬态传导抗扰度
车载电子系统的供电环境比普通供电环境要复杂，因为汽车内的电磁环境较为恶劣。

汽车的电器设备在运行时会产生大量的电磁干扰，这些干扰的频带很宽，通过传导、耦合或者辐射的方式，传播到供电系统内，进而影响到汽车电子系统的正常工作。

最恶劣的情况往往是由于车辆自身产生的干扰所产生的，如点火系统、发电机及电机系统的干扰脉冲。

国际标准ISO7637针对道路车辆及其挂车内通过传导和耦合引起的电干扰，提出了瞬态传导抗扰度测试方法，规定了8种测试脉冲，适用于12V或24V的电气系统车辆。

表4瞬态传导抗扰度脉冲
脉冲类型脉冲典型波形应用特点
试验脉冲P1模拟电源与感性负载断开连接时所产生的瞬态现象，如关灯或关电喇叭等操作。

适合于在车辆上与感性负载直接并联使用的各种被试品。

试验脉冲P2a
模拟正常工作时某一并联负载突然断
开产生的瞬变干扰，属于速度偏快和能量较小的正脉冲干扰。

试验脉冲P2b
模拟点火开关断开瞬间，直流电机充当
发电机时的瞬态现象，属于低速、高能
量脉冲干扰。

试验脉冲3a
模拟由开关过程引起的瞬态现象，这些
瞬态现象的特性受线束的分布电容和分布电感的影响，负脉冲。

试验脉冲P3b
模拟由开关过程引起的瞬态现象，这些
瞬态现象的特性受线束的分布电容和分布电感的影响，正脉冲。

试验脉冲P4
模拟内燃机的起动机电路通电时产生
的电源电压的降低，不包括起动时的尖峰电压。

试验脉冲P5a
模拟无集中抑制抛负载瞬态现象。

即模
拟在断开电池（亏电状态）的同时，交流发电机正在充电，而发电机电路上仍有其它负载时产生的瞬态。

试验脉冲P5b
模拟有集中抑制抛负载瞬态现象。

即模
拟在断开电池（亏电状态）的同时，交流发电机正在充电，而发电机电路上仍有其它负载时产生的瞬态。

我们知道，汽车上的供电系统由汽车发电机和蓄电池构成，同时汽车启动机作为汽车发动的主要部件也是与供电系统相连的，因此汽车发动机、蓄电池、汽车启动机构成了汽车供电系统的三个重要组成部分。

由于各个组成部分受自身条件的影响，必然会在供电线路上产生电压变化，从而影响汽车电子设备的正常工作。

为了更好地考查汽车电子设备在常见的或可预见的非正常供电条件下的工作性能，必须按照国际标准ISO16750-2进行电源变化抗扰度试验。

试验包含启动特性(见图6)、爬坡特性、叠加交流电压、过电压、电压中断、抛负载等多种项目测试。

其中，启动脉冲相比ISO7637-2中的P4叠加了2Hz 赫兹的正弦波，用以模拟引擎在点火前因气缸压缩产生的阻力扭矩。

爬坡特性模拟蓄电池逐渐放电和充电条件下，汽车电子系统对供电电压这种连续而缓慢呈直线变化的承受力。

图6启动特性曲线
图7是采用远方仪器自主研发的EMS7637A 汽车电子抗扰度测试系统进行汽车电子电源端口瞬态抗扰度传导注入测试的实验布置，图8是EFTC-3电容耦合夹配合EMS7637A 完成汽车电子非电源端口瞬态抗扰度耦合注入测试的实验布置。

EMS7637A 集成P1、P2a 、P2b 、P3a 、P3b 、P4、P5a 、P5b ，启动特性、爬坡特性、叠加交流电压、过电压、电压中断等近20项测试项目，全面覆盖ISO7637-2、ISO16750-2最新版标准要求，可一机完成车载电子设备的瞬态传导扰度测试及电源变化抗扰度，显著提高测试效率。

图7电源线传导注入试验图8非电源线耦合注入试验
4.小结
本文整理归纳了国际上汽车电子设备相关电磁兼容（EMC）测试标准，全面介绍了汽车电子EMC测试项目，并着重阐述了传导发射、辐射发射、大电流注入、瞬态抗扰度这四个项目的测试技术。

电磁兼容性是影响汽车电子产品可靠性及安全性的重要因素，对汽车电子产品进行EMC测试对于提高产品质量，进而促进汽车电子行业健康发展有着非常重要的意义。

参考文献
[1]李铁华，汽车电子电磁兼容标准体系与应用研究[J].电子产品可靠性与环境试验，2011，29(1):50-54.
[2]裴春松等，纯电动汽车电磁兼容分析与电磁干扰抑制[J]，汽车电器，2011（10）：59-63。