汽车瞬态骚扰抑制方法-车辆电磁兼容基础

瞬态骚扰是一种常见的骚扰。其特点是：幅度大，时间段，频谱宽，对设备危害较大。图5-66所示为瞬态干扰对设备危害的示意图。

常见的瞬态干扰有三种：电快速瞬变脉冲群（Electrical Fast Transi-ent，EFT）、浪涌（SURGE）、静电放电（Electrostatic Discharge，ESD）。下面分别针对这三种瞬态干扰研究其抑制方法。

图5-72 瞬态干扰对设备的危害

1.电快速瞬变脉冲群（EFT）

（1）EFT信号以共模方式施加到电源线或信号线上

1）当EFT加在某任一条L、N、G上时，EUT的其他L、N、G上会同时得到差模和共模电压。如果EUT在电源端没有良好的滤波，则EFT会进入EUT的后续电路，使数字电路工作异常。例如，EFT在IC输入端对寄生电容充电，通过脉冲群的逐级积累，会达到和超过IC的噪声容限。

2）侵入的EFT干扰还会通过电源线、地线的引线电感，产生反电动势U=-Ldi/dt，造成电源电压和地电位的波动，引起数字电路的误操作。

3）捆线不合理，如果将强电和弱电、骚扰电路和敏感电路、信号地和强电源地的电缆捆绑或放在一起，就会引起感应耦合。

（2）抑制EFT的方法

1）正确选用和安装电源滤波器。

2）减小PCB电源线和地线的引线电感。

3）分类捆扎、分类敷设导线和电缆。

4）正确做好接地设计。

5）安装瞬态骚扰抑制器。

2.浪涌（SURGE）

车辆上的浪涌（SURGE）是由感应产生的瞬变过电压脉冲形成的。车辆上的浪涌主要由线路浪涌、电磁感应、静电感应以及核电磁脉冲4部分组成。

对于汽车电气系统中的低压供电系统，浪涌引起的瞬态过电压保护最好采用分级保护的方式来完成。从供电系统的入口开始逐步进行浪涌能量的吸收，对瞬态过电压进行分阶段抑制。通常采用三级保护。

第一级保护，是连接在车辆供电系统入口进线各相和大地之间的大容量电源防浪涌保护器（SPD）。一般要求该级电源保护器具备每相100kA以上的最大冲击容量，要求的限制电压应小于1500V。我们称之为CLASSⅠ级电源防浪涌保护器。这些电源防浪涌保护器是专为承受和感应车辆电子系统中瞬间大电流和高浪涌能量的吸收而设计的，可将大量的浪涌电流分流到大地。它们仅提供限制电压（冲击电流流过SPD时，线路上出现的最大电压成为限制电压）为中级保护，因为CLASSⅠ级的保护器主要是对大浪涌电流的吸收。仅靠它们还不能完全保护汽车低压供电系统内部的敏感用电设备。

第二级保护，是安装在车辆上向重要或敏感用电设备供电的分路配电设备处的电源放浪涌保护器。这些SPD对通过了车辆供电入口浪涌放电器的剩余浪涌能量进行了更为完善的吸收，对于瞬态过电压具有极好的抑制作用。该处使用的电源防浪涌保护器所要求的最大冲击容量为每相45kA以上，要求的限制电压应小于1200V。我们称之为CLASSⅡ级电源放浪涌保护器。一般来说，车辆供电系统做到第二级浪涌保护保护就可以保证车辆电子电气设备的正常运行。(www.xing528.com)

第三级保护，是为了达到完全消除微小瞬态过电压的目的，而在车载敏感设备内部电源部分使用的一个内置式电源防护器。该处使用的电源放浪涌保护器要求的最大冲击容量为每相20kA或更低一些，要求的限制电压应小于1000V。对于车辆上一些特别重要或者特别敏感的电子设备，具备第三级的保护是必要的，同时也可以保护车载敏感设备免受系统内部产生的瞬态过电压的影响。

3.静电放电（ESD）

（1）静电对电子元器件的影响 集成电路体积缩小，耐压降低，使得元器件耐静电冲击能力减弱，静电场和静电电流成为元器件的致命杀手；大量塑料制品等高绝缘材料的普遍应用，导致产生静电的机会大增，日常生活中如空气流动等都能产生静电。静电放电会对车载电子电气设备产生以下不良影响：

1）静电吸附灰尘，改变线路间的阻抗，影响产品的功能与寿命。

2）因电场或电流破坏元器件的绝缘或导体，使元器件不能工作（完全破坏）。

3）瞬间的电场或电流产生的热使元器件受伤，虽仍能工作，但寿命受损。

（2）ESD传播能量的方式ESD会导致产品操作失常或严重损坏，其能量的传播方式有两种

1）传导方式：放电电流（t_r=1ns）通过导体传播侵入电路，使芯片误动作甚至损坏。

2）放电电流（t_r=1ns）通过导体传播，激发经过的“天线”，或激励一定频谱宽度（约300MHz，上限可超过1GHz）的电磁波在空间传播，使之可以直接穿透机箱，或通过孔洞、缝隙、通风孔、输入输出电缆等耦合到敏感电路。如果感应的电压或电流超过抗扰度限值，该电路性能将下降或失效。

（3）静电抑制与防护

1）接地：直接将静电泄放到大地。

2）静电屏蔽：静电敏感元器件在储存或运输过程中会暴露于有静电的区域中，用静电屏蔽的方法可削弱外界静电对电子元器件的影响。

3）离子中和：绝缘体很容易产生静电。对绝缘体静电的消除，用接地方法是无效的，通常采用的方法是离子中和（部分采用屏蔽），即在工作环境中使用离子风机等，提供一等电位的工作区域。

（4）抑制ESD影响的设计原则

1）在产品的敏感点，如输入端与地之间，加瞬态骚扰抑制器。

2）设置保护电路，产品上存储的电荷可以由这些通道安全入地。

3）采用分流滤波器。

4）做好PCB设计和屏蔽机箱设计。

5）屏蔽电缆与机箱之间进行360°搭接或哑铃型搭接，还可通过软件减小ESD的影响。