如何对汽车电子中的EMC进行测试?有哪些方法?
汽车电子EMC测试仪器是根据国际标准化组织制定ISO7637-2:2004和GB/T21437-2008标准来满足最新的测试要求,用于考核车辆的电磁兼容性。
在汽车电子领域,EMC(电磁兼容性)测试是确保电子零部件或整车在复杂的电磁环境中能够正常工作(抗扰度)且不会对其他设备或车辆系统造成过度干扰(发射)的关键环节。这涉及标准化的测试方法和严格的规范要求。
以下是对汽车电子EMC测试主要方法和类别的详细介绍(中文):
一、 核心测试类别
EMC测试主要分为两大方向:
-
EMI (电磁干扰) / 发射测试:
- 目的: 测量被测设备(DUT)自身产生的、可能干扰其他电子设备的电磁噪声能量。
- 关键测试项:
- 辐射发射: 测量通过空间传播的电磁噪声。
- 频率范围: 通常在 30MHz - 6GHz(甚至更高,如1GHz/18GHz),覆盖了大部分无线通信和电子系统工作频段。
- 主要方法:
- ALSE法(半电波暗室法): 最常用、标准化的方法。被测件(EUT)放置在半电波暗室内,使用标准天线在指定距离(如1m, 3m)处接收辐射信号,由接收机测量。墙体和地面铺设吸波材料,模拟自由空间环境,并屏蔽外部干扰。
- TEM/GTEM 小室法: 用于较小尺寸的零部件或早期评估。被测件置于封闭的传输线结构中,测量端口电压或电流推算辐射场强。效率高,成本较低,但适用范围有限制。
- 近场探头扫描: 用于定位电路板或线束上的噪声源,辅助设计和整改,不能替代辐射发射的合规性测试。
- 传导发射: 测量通过线束(如电源线、信号线)传导到外部公共电网(或车辆电源系统)的电磁噪声。
- 频率范围: 150kHz - 108MHz(常分为频段A: 150kHz - 30MHz,和B: 30MHz - 108MHz)。
- 主要方法:
- 电压法: 使用人工电源网络(LISN)串联在被测设备电源线上。LISN为被测设备提供电源通路、隔离车辆或测试系统上的噪声、并在其测量端口提供一个标准化的50Ω阻抗,使传导噪声电压的测量具有可重复性。
- 电流法: 使用电流探头卡在电源线或信号线上,直接测量其上流动的噪声电流大小。
- 辐射发射: 测量通过空间传播的电磁噪声。
-
EMS (电磁敏感度) / 抗扰度测试:
- 目的: 检验被测设备在受到外部电磁骚扰时,是否能保持正常工作状态(功能或性能在允许范围内变化)或不被损坏。
- 关键测试项:
- 辐射抗扰度: 模拟空间中的电磁场(如大功率电台、移动电话、雷达、其他车辆电子设备)对被测设备的影响。
- 频率范围: 通常覆盖很宽的范围(例如,20MHz - 6GHz,甚至18GHz)。
- 主要方法: 主要在半电波暗室(ALSE)或全电波暗室(FAR) 中进行。由信号源、功放和标准天线产生规定的场强(单位V/m)照射被测设备,同时监测其工作状态是否符合要求。常用调制方式(如1kHz调幅)。
- BCI法(大电流注入法): 一种重要的补充方法。不直接产生辐射场,而是使用电流探头或注入钳在连接被测设备的特定线束上注入高频电流(模拟线束耦合进来的干扰)。频率范围也与辐射抗扰度重叠或互补(通常1MHz - 400MHz或更高)。特别适合无法在暗室测试的部件或测试线束耦合效应。
- 传导抗扰度: 模拟通过线束(电源线、信号/控制线)耦合进入被测设备的传导干扰。
- 主要测试类型:
- 电源端口抗扰度: 如电压跌落、中断、缓升缓降、纹波等(模拟电源系统瞬变)。
- 信号/控制线抗扰度:
- 容性耦合钳法: 使用耦合钳将干扰电压耦合到非屏蔽线束上。
- 直接电容/电阻耦合法: 将干扰信号通过电容或电阻网络直接注入到信号线或地线上。
- 电快速瞬变脉冲群(EFT/Burst): 模拟开关切换、继电器动作产生的快速瞬变噪声(通常在电源、信号、地线上注入)。
- 浪涌(Surge): 模拟电源切换、雷击感应等引起的高能量瞬变。
- 主要测试类型:
- 静电放电(ESD): 模拟人体或物体带电后接触设备引起的静电放电事件。
- 方法: 使用ESD模拟器,按照标准规定对被测设备表面可接触的金属点、连接器等执行接触放电或空气放电,观察是否会引起复位、误动作或损坏。
- 瞬态传导发射/抗扰度 (特殊): 如模拟感性负载切换(例如电机、电磁阀断开时)产生的瞬态尖峰电压。
- 磁场抗扰度: 如电机、扬声器等附近存在的强磁场。
- 辐射抗扰度: 模拟空间中的电磁场(如大功率电台、移动电话、雷达、其他车辆电子设备)对被测设备的影响。
二、 核心测试标准与规范
- 国际标准:
- CISPR系列: CISPR 25 (零部件级发射测试的“圣典”), CISPR 12/16 (整车/方法/设备要求)。
- ISO系列: ISO 11451 (整车级抗扰度测试方法), ISO 11452 (零部件级抗扰度测试方法系列), ISO 7637 (传导瞬态发射和抗扰度), ISO 10605 (ESD测试)。
- OEM特定标准: 各大主机厂(大众VW TL, 通用GMW, 福特FMC,宝马GS,奔驰MBN,丰田TS,沃尔沃VCS,长城、吉利、比亚迪等)基于国际标准制定更严苛或更具体的企业标准,供应商必须满足。
- 中国国家标准 (GB): 通常等效采用或参考国际标准(如GB/T 18655 (等效CISPR 25), GB/T 19951 (等效ISO 7637-2), GB/T 17619 (整车抗扰度等效ISO 11451), GB/T 21437.2 (传导瞬态抗扰度等效ISO 7637-2), GB/T 19951 (ESD等效ISO 10605) 等)。
- 新能源车特殊要求: 电动车的DC/DC变换器、驱动电机控制器、充电系统等功率转换部件是重点,其EMC要求(尤其在大电流、高电压下的干扰抑制)更为严苛。相关标准如:
- CISPR 36 (Electric Vehicles Broadband Emissions & Narrowband Disturbances) 新能源汽车整车宽带和窄带发射
- GB/T 18387 《电动车辆的电磁场发射强度的限值和测量方法》 (中文国标)
- ISO 17409 《电动汽车传导连接充电 电磁兼容要求》
三、 关键测试设备与设施
- 核心设备:
- EMC测试接收机: 测量EMI(发射)。
- 信号发生器: 产生用于抗扰度测试的信号。
- 功率放大器: 放大信号以达到抗扰度测试所需的场强或功率。
- 天线: 标准双锥天线、对数周期天线、喇叭天线等(辐射发射/抗扰度)。
- LISN (人工电源网络): 传导发射(电压法)必备。
- 电流探头: 传导发射(电流法)、BCI、某些传导抗扰度测试。
- 耦合钳: BCI法、传导抗扰度(容性耦合)。
- ESD模拟器: 静电放电测试。
- 瞬态脉冲发生器: EFT/Burst, Surge测试。
- 关键场地:
- 电波暗室(半电波/全电波): 辐射测试(发射&抗扰度)、部分BCI的绝对必需场地,极为昂贵。
- 屏蔽室: 用于传导发射、传导抗扰度、ESD等测试,隔离外部干扰。
- 接地平面: 测试时被测设备下方铺设的金属参考平面(如铜板或镀锌钢板)。
四、 测试流程关键点
- 明确要求: 确定测试依据的标准(国际标准、国标、主机厂标准),测试等级限值,判定准则(性能等级A/B/C/D分类)。
- 样品准备: 被测件及其负载模拟装置或真实负载,线束布置需严格按照标准(尤其是长度、高度、接地)。
- 配置测试系统: 安装设备、天线、线缆、布置接地平面、连接监测设备(监控被测件工作状态)。
- 预测试/摸底测试: 在正式认证前进行,用于发现问题和整改(常在屏蔽室或小型暗室)。
- 正式测试执行: 在标准认证实验室(如第三方实验室CNAS认可)或主机厂认可的供应商实验室进行,严格遵循标准步骤。
- 功能/状态监控: 在所有抗扰度测试中,必须实时监控被测设备是否正常工作(有无误动作、性能下降、损坏)。
- 数据记录与报告: 详细记录测试条件、设备状态、配置参数、测量数据/图表、被测件表现等,出具符合要求的测试报告。
总结
汽车电子EMC测试是一个复杂且高度标准化的系统工程。它依赖于专业的设备(如接收机、功放、天线、LISN)、专用的场地(半电波暗室、屏蔽室)以及严格遵循的国际、国家及主机厂标准(如CISPR 25, ISO 11452, ISO 7637, ISO 11451, 相应的GB标准等)。测试核心在于发射测试(辐射/传导) 和抗扰度测试(辐射/传导/瞬态/ESD)。测试的通过与否直接关系到汽车电子系统的可靠性、安全性(功能安全关联),以及整车的上市准入。
重要提示: 不同主机厂的标准通常比国际标准更严苛或存在特殊要求。进行测试前,务必明确客户(主机厂)的具体要求(哪个标准、哪个版本、哪个测试等级、什么判定准则)。成功的EMC设计比测试后的整改更重要、更经济。
如果你需要了解特定测试标准的细节、某个主机厂的特殊要求,或者某种测试(如BCI)更深入的操作,可以继续提问。
汽车电子MCU中采用抗EMI的设计方法介绍
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