车辆电磁兼容：电源线抗扰度测试出成果

瞬态现象发生的原因是一个稳定的系统突然发生变化所引起的现象，在变化的过程中会产生瞬间、短暂的电流或电压脉冲现象，其瞬间脉冲的延续时间极短，从毫秒至微秒不等。一般而言，瞬态现象会发生于车辆的线束上，大致可区分为感性负载变化、交流电源供应延迟、抛负载脉冲、切换过程所产生的瞬态波及供电电压下降等。对于车辆的线束而言，尤以电源线上带来的瞬态干扰问题最为突出，因此零部件需要重点对来自电源线的瞬态脉冲进行抗扰度试验。

电源线瞬态发射测量和装置的瞬态抗扰度试验均为“台架试验”，在密闭的试验室中进行。一些试验方法中要求使用人工网络，这提供了试验室之间试验结果的可比性。这些方法还可以作为装置和系统的开发依据，并可在生产阶段使用。

评估装置的电源线瞬态抗扰性的台架试验，可以采用试验脉冲发生器的方法，但这种方法并没有涵盖所有可能出现在车辆上的各种瞬态，ISO 7637中所描述的试验脉冲只是典型脉冲的特性。在特殊情况下，可以附加试验脉冲。如某装置因其功能或连接状况，而不受车辆内类似瞬态的影响，一些脉冲可以被忽略。一般各变量允许误差为±10%。

试验期间，周围环境温度应为（23±5）℃。试验电压应符合表6-22的规定。

表6-22 试验电压规定值

注：U_A为发电机工作时的试验电压；U_B为电池供电时的试验电压。

1.试验布置

电气/电子装置的瞬态抗扰性测量试验应按照图6-79所示进行布置。

图6-79 瞬态抗扰性试验布置

a）脉冲调整 b）脉冲注入

1—示波器或等效设备 2—电压探头 3—电源内阻为R_i的试验脉冲发生器 4—被测试设备DUT 5—接地平板 6—接地线（试验脉冲3的最大长度为100mm） 7—电阻R_v 8—二极管桥

2.试验脉冲

ISO 7637规定的试验脉冲如下所述。

图6-80 试验脉冲P₁

（1）试验脉冲P₁ 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，适用于各种DUT在车辆上使用时与感性负载保持并联的情况。脉冲形式如图6-80所示，相应的参数见表6-23。其中，U_A为试验电源电压，在12V系统中为（13.5±0.5）V，在24V系统中为（27±1）V。

表6-23 试验脉冲1参数

①所选择的t₁应保证在施加下一个脉冲前，DUT被正确初始化。

②t₃为断开电源与施加脉冲之间所需的最短时间。

（2）试验脉冲P₂ 脉冲P₂（a）模拟由于线束电感使与DUT并联的装置内电流突然中断引起的瞬态现象。脉冲P₂（b）模拟直流电动机充当发电机，点火开关断开时的瞬态现象。脉冲形式分别如图6-81和图6-82所示，参数分别见表6-24和表6-25。

图6-81 试验脉冲P₂（a）

图6-82 试验脉冲P₂（b）

表6-24 试验脉冲P₂（a）参数

①根据开关的情况，重复时间t₁可短些。使用短的重复时间可以缩短试验时间。

表6-25 试验脉冲P₂（b）参数

（3）试验脉冲P₃ 试验脉冲P₃模拟由开关过程引起的瞬态现象。这些瞬态现象的特性受约束的分布电容和分布电感的影响。P₃（a）和P₃（b）的试验脉冲形式分别如图6-83和图6-84所示，其参数分别见表6-26和表6-27。

图6-83 试验脉冲P₃（a）

图6-84 试验脉冲P₃（b）

表6-26 试验脉冲P₃（a）参数

表6-27 试验脉冲P₃（b）参数

（4）试验脉冲P₄ 试验脉冲P₄模拟内燃机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。脉冲的形式如图6-85所示，参数见表6-28。

图6-85 试验脉冲P₄

表6-28 试验脉冲P₄参数

①车辆制造商和设备供应商应对该值进行协商，以满足所提申请的要求。

②t₁₁=5ms是曲轴转动后发动机起动时的典型值，而t₁₁=100ms是发动机未起动的典型值。

③t₁₁=10ms是曲轴转动后发动机起动时的典型值，而t₁₁=100ms是发动机未起动的典型值。

（5）试验脉冲P₅ 试验脉冲P₅模拟抛负载瞬态现象，即模拟在断开电池（亏电状态）的同时，交流发电机正在产生充电电流，而发电机电路上仍有其他负载时产生的瞬态；抛负载的幅度取决于断开电池连接时，发电机的转速和励磁场强的大小。抛负载脉冲宽度主要取决于励磁电路的时间常数和脉冲幅度。大多数新型交流发电机内部，抛负载幅度由于增加限幅二极管而受到抑制（箝位）。抛负载可能产生的原因是：因电缆腐蚀、接触不良或发动机正在运转时，有意断开与电池的连接。

具有非集中抛负载抑制[脉冲P₅（a）]的交流发电机的脉冲形式如图6-86所示，参数见表6-29。具有集中抛负载抑制[脉冲P₅（b）]的交流发电机的脉冲形式如图6-87所示，参数见表6-30。

呈指数规律分布的脉冲，其曲线的递减部分理论上应减至0V，但实际上只减至U_A处。在应用抛负载时，对发电机动力性能的基本考虑如下：

1）在抛负载的情况下，交流发电机的内阻主要取决于发电机的转速和励磁电流。

2）抛负载试验脉冲发生器的内阻R_i应从下列关系式计算得出

式中，U_norm为发电机的额定电压；I_rated为交流发电机6000r/min时的规定电流；N_act为交流发电机的实际转速。

3）脉冲由下列因素确定：峰值电压U_s、钳位电压U_s^*、内阻R_i和脉冲宽度t_d。在任何情况下，U_s的值越小，对应的R_i和t_d的值也越小；U_s的值越大，对应的R_i和t_d的值越大。

图6-86 试验脉冲P₅（a）

图6-87 试验脉冲P₅（b）

表6-29 试验脉冲P₅（a）参数

表6-30 试验脉冲P₅（b）参数

3.整车厂商测试标准规定的测试波形

在ISO 7637-2规定的测试波形的基础上，各个整车厂商还根据各自生产的汽车上电子电器设备的特性来制定自己的测试波形和项目。以日产公司的测试标准为例，除了需要测试ISO 7637-2中规定的波形外，还在测试的标准中规定了几种电源线电瞬变抗干扰测试项目。

（1）低/高电压供电电压测试 在实验时，将测试的硬件装置放在一个50mm厚的木板上，如图6-88所示。电源线长度不能超过200mm。测试时所选电压及其选用条件见表6-31。利用可编程供电设备产生低于和高于正常供电电压的恒电压，以检验被测设备在蓄电池电压和高电压供电状态下是否仍然能够正常工作。

表6-31 测试时所选电压及其选用条件

图6-88 日产公司测试标准中供电电压测试布置图

（2）供电中断测试 进行本测试的目的是为了检测被测设备在遇到供电电压中断后恢复正常的情况下能否正常重新起动。主要的测试条件为：电压从0V到13.5V以5%的速率下降，电压下降周期为5s，最后一次电压中断时间为10s。该测试的试验布置与低/高供电电压测试相同。表6-32所示为测试供电电压的校准波形。被测设备的运行时间不能低于10min。

表6-32 日产公司测试标准规定的供电电压中断测试供电电压测试波形

（3）非正常供电测试 该测试参照ISO 16750-2（道路车辆 电气和电子设备的环境条件和试验 第2部分：电力负载）进行。本测试的目的是检验被测设备在供电电压出现一定时间不正常后又恢复正常的情况下能否正常工作。下面为测试的内容：(www.xing528.com)

1）由于交流发电机调节器失效引起的过电压：（18±0.2）V，持续时间为60min。

2）由于突然起动引起的过电压：（24±0.2）V，持续时间为1min。

3）由于供电线缆反接而导致的负供电电压：（-14±0.2）V，持续时间为1min。

本实验的实验布置同低/高压供电电压测试布置相同。

（4）供电线缆正极接地测试 本测试的目的是，检测当被测设备供电线缆的正极与负极短路时，被测设备能否保持正常工作。实验测试的项目有以下两个：

1）供电电压保持正常的13.5V持续时间为15s。

2）供电电压降为0V，保持1min。

（5）与电源线相连的感性负载抗扰度测试 该测试是日产公司自身设定的标准，没有参考任何文件，在前面几种测试中都有所参照。本测试的目的是，检测当被测设备驱动的感性负载突然断开或连接上时，在这些线缆上产生的干扰。对于该测试分为两种情况：一是真正感性负载测试，二是模拟感性负载或空载的测试。

日产公司测试标准规定的真正感性负载测试布置如图6-89所示，模拟感性负载或空载测试布置如图6-90所示，该测试的内容：波形1电压为-100V持续至少20s，波形1电压为+100V持续至少20s，波形宽度为2ms，而且所有的线缆必须与感性负载连接。日产公司测试标准中感性负载波形见表6-33。

图6-89 日产公司测试标准规定的真正感性负载测试布置

图6-90 日产公司测试标准规定的模拟或空载测试布置图

表6-33 日产公司测试标准中感性负载波形

（6）由接触不良引起的供电电压中断测试 该测试的目的是，测试由于接口或者其他设备接触不良造成被测设备供电电压持续中断的情况下的抗干扰性。日产公司测试标准规定的供电电压中断测试试验布置如图6-91所示。

图6-91 日产公司测试标准规定的供电电压中断测试试验布置

测试波形见表6-34。

表6-34 日产公司测试标准规定的供电电压中断测试波形

（7）汽车起动时供电电压波动测试 日产公司测试标准中起动阶段供电电压波动测试布置如图6-92所示。本实验是测试汽车在起动阶段供电电压的不稳定，供电电压降到3V，测试电压波形如表6-35所示。在一次测试中，三种测试波形依次施加于被测设备的供电线缆上。

图6-92 日产公司测试标准中起动阶段供电电压波动测试布置

表6-35 日产公司测试标准中起动阶段供电电压波动测试波形

（8）供电电压波动测试 本测试的布置图与汽车起动时供电电压波动测试的布置相同。本测试的目的是测试当其他汽车电子电器设备如电动机等工况发生变化时供电电压的波动。测试电压波形主要有两种，如表6-36所示，主要是波动的峰值不同，一个是2V，一个是4V。测试波形持续时间为300s，波动频率从50Hz开始逐渐增加，在150s时变为50kHz，然后逐渐减小，300s时减为50Hz。这两种波形各施加5次。

表6-36 日产公司测试标准中供电电压波动测试波形

4.试验的严酷度等级

ISO 7637推荐的试验最低和最高严酷程度等级由表6-37和表6-38中的等级Ⅲ和等级Ⅳ给出。

表6-37 12V系统推荐使用的试验等级

①试验脉冲如本节标题三第2部分所述。

②车辆制造商和设备供应商协议值。

③幅度为本节标题三第2部分中每一试验脉冲所确定的U_s值。

④由于试验脉冲的最小数为1，因此未给出脉冲循环时间。当施加多个脉冲时，脉冲之间允许1min的最小延迟时间。

⑤见本节标题三第2部分（5）。试验等级反映发电机在额定转速下抛负载的情况。如果使用集中抛负载保护，则施加图6-87确定的试验脉冲P5（b）及使用表6-30中的值。

⑥耐久性试验的脉冲数量或试验时间。

表6-38 24V系统推荐使用的试验等级

①～⑥同表6-37。

5.试验结果分类与举例

被测设备的抗干扰性能由失效模式分类来确定。描述一般失效模式严重程度分类时，以下3个要素是必不可少的：

（1）功能状态分类—装置暴露于电磁环境之中和之后的工作状态。

（2）试验脉冲和方法—用于DUT的典型试验脉冲和试验方法的标准。

（3）试验脉冲严酷程度—基本脉冲参数的严酷程度等级。

其中功能状态分类包括（以下分类用于总成装置或系统的功能状态）下述5类。

A类：装置或系统在施加骚扰期间和之后，能执行其预先设计的所有功能。

B类：装置或系统在施加骚扰期间，能执行其预先设计的所有功能，然而可以有一项或多项指标超出规定的偏差。所有功能在停止施加骚扰之后，自动恢复到正常的工作范围内。存储功能应维持A类水平。

C类：装置或系统在施加骚扰期间，不执行其预先设计的一项或多项功能，但在停止施加骚扰之后能自动恢复到正常操作状态。

D类：装置或系统在施加骚扰期间，不执行其预先设计的一项或多项功能，直到停止施加骚扰之后，并通过简单的“操作或使用”复位动作，才能自动恢复到正常操作状态。

E类：装置或系统在施加骚扰期间和之后，不执行其预先设计的一项或多项功能，且如果不修理或不替换装置或系统，则不能恢复其正常操作。

注意：此处的“功能”是指电气/电子系统执行的功能。

下列例子说明了使用失效模式严酷程度分类来确定装置特性的方式。

表6-39所示为在所有可应用的试验脉冲下装置的特性，以及对应各试验严酷程度分类的功能状态。

表6-39 对某适用于12V和24V系统的设备性能要求示例

注：对于逐渐增加试验脉冲严酷程度进行装置试验的过程中，如果同一个装置用于所有试验，则应注意避免上述试验脉冲可能引起的累加效应。

表6-40和表6-41组成了一个用于技术以及购买需求的产品说明书（12V系统和24V系统）。该例说明了用户确定特殊装置最低要求的方式。

表6-40 在12V系统中某特定设备的最低性能要求示例

表6-41 在24V系统中某特定设备的最低性能要求示例

6.整车厂商测试标准规定的试验结果分类

美国福特公司的EMC标准ES-XW7T-1A278-AC中除了定义与ISO标准类似的功能状态分类外，还定义了设备功能重要性分类，即将汽车电子设备的功能对于汽车行驶性、安全的重要性分为3个等级。

等级A：任何只是提供汽车乘坐、驾驶方便性的功能。

等级B：任何用于加强（但非必要的）汽车操纵性的功能。

等级C：任何对汽车的操纵有决定性作用或影响的功能，或者会使其他驾驶人产生混淆的功能。

该标准对于设备功能状态又分为4类。

状态Ⅰ：设备或系统在暴露于干扰期间和之后，能执行其预先设计的所有功能。

状态Ⅱ：在暴露于干扰期间，设备功能产生一定范围内的失效或者进入到安全工作模式。在干扰移除后，此功能应该立刻恢复正常。存储器不能受到任何永久的或暂时性的影响。

状态Ⅲ：在暴露于干扰期间，设备功能产生失效，但不影响到该汽车的安全运行。在移除干扰后通过某些操作（如重新上电、更换熔丝等），设备功能恢复正常。存储器不能受到任何永久的或暂时性的影响。

状态Ⅳ：设备功能在暴露于干扰期间及干扰移除之后失效，但不能造成永久性的损害，不允许设备I/O端口电特性发生变化（如电阻、电容或漏电流等），设备功能不能是永久性的减弱。

对于一项抗干扰测试，评价一个设备的抗干扰水平需要同时定义上述两个方面。不同重要性等级的功能要求的设备状态是不同的，一般越重要的功能要求的功能状态越好。