【读书笔记】汽车电子EMC学习笔记

只看该作者 · 2014-6-30 16:31

汽车不断变化，汽车电子装置也在不断变化。尤其插电式电动车 (PEV)，其中的 300V 至 400V 锂离子电池取代了瓦斯桶，而三相推进马达取代了内燃机。精密的电池组电量监控、再生式煞车系统及复杂的传输控制可将电池使用时间优化，使得电池需要充电的频率减少。现今的电动车或其他种类的汽车都有许多可提升效能、安全、便利性及舒适感的电子模组。许多中阶车种均配备先进的全球定位系统 (GPS)、整合式 DVD 播放器及高效能音讯系统。
先进的设备伴随着更高处理速度的需求。因此，现今的汽车整合了高效能微处理器及 DSP，使得核心电压下降至 1V，并且使电流上升 5A。线性稳压器曾经是将汽车电池转换为调节的源极电压所使用的主要方法，现在则已经不合时宜。更准确地说，线性稳压器使得输出电压降低而使得负载电流增加。切换稳压器则愈来愈受到广泛使用，而且随之而来的是对于电磁波干扰 (EMI) 无线射频的疑虑，以及对于安全性系统的重视。

开始我的读书笔记：关于汽车电子的学习

（1）AM 无线射频频带因素
汽车 EMI 规范的其中一个较困难之处与 AM 频带有关。此频带从 500 kHz 开始，一直持续到 2 MHz，对于切换稳压器相当适合。由于梯形波形的最高能量元件是基本元件 (假设没有任何电路板谐振)，因此可在 AM 频带上下运作。
（2）负载周期
如果负载周期刚好是 50%，复杂梯形切换波形的所有能量会以奇数谐波 (1、3、5、7…) 呈现。因此，以 50% 负载周期运作是最坏的情况。在 50% 上下的负载周期，即使出现谐波，也会发生自然的 EMI 扩散。
造成汽车出现 EMI 的其中一个主因是切换稳压器在电源排线传入 AC 电流。这些变化的电流本身具有辐射发射及传导发射的各种波形。例如，在非隔离式升压转换器中，图 2a 所示的输入电容 (C2) 及升压电感 (L1) 形成阻绝线路发射的单向 EMI 滤波器。然而，输入电流有此波形傅立叶扩展的 AC 三角波形，如图 2b 的绿色信号线所示。

图2a

图2b
只要加入 L2 及 C2，波形便会变成正弦曲线，而能量会重新调整为相当低的高频率峰值。不过，如果未能正确设计输入滤波器，则会将杂信放大而使得控制回路不稳定。因此，了解滤波器设计的概念，对于优化滤波器回应及成本相当重要。使用 SPICE 的 AC 分析是有效了解滤波器行为的工具。不论是设计降压或升压电源供应，「差动模式」滤波器或双向电容输入滤波器都相当实用，这些能够避免 EMI 杂信进入线路以及辐射和/或传导杂信。需要注意的事，与滤波器元件相关的跨绕终端电容及电容 ESR 等寄生元件会明显影响谐波的衰减，因此应该审慎使用。