汽车暖风电动机的无线电骚扰抑制技术研究

汽车暖风电动机的无线电骚扰抑制技术研究随着汽车工业的发展和社会的进步，人们安全环保意识的增强，对汽车产品的电磁兼容性越来越重视。我国已将汽车的电磁兼容性要求纳入汽车公告和国家强制性产品认证范围。GB18655—2002《用于保护车载接收机的无线电骚扰特性的限值和测量方法》的实施，对整车电磁环境进行了限定，以保护车载接收机的正常运行。由于我国在汽车电器零部件无线电骚扰的抑制刚刚起步，许多厂家还未在汽车电器零部件的设计阶段考虑无线电骚扰的抑制措施。如何采取一些骚扰抑制措施，使汽车电器零部件的无线电骚扰达到1级峰值限值以上的水平，是摆在汽车电器零部件生产厂家面前的一项紧迫的任务。一、汽车暖风电动机无线电骚扰产生机理汽车暖风电动机由永久磁铁的定子、转子绕组和电刷组成。电流经过电刷至绕组，在定子磁场中产生电磁力而使电动机旋转起来。暖风电动机属于感性负载，当感性负载的供电被突然切断时，会产生反向瞬变电压Uc。线圈初始储能越大，切断速度越快，瞬变电压就越高。实测结果，一般Uc为-100～-300V，瞬变时间tc为0.2～0.5s，如图1所示。这种类型骚扰的瞬变电压的幅值相当大，会对汽车电子模块造成严重影响，甚至损坏。它可以通过电源线传导骚扰的形式干扰其他汽车电子装置，且当这种无线电骚扰的频率高于一定频率时，这些线路将通过天线向外发射无线电骚扰，而影响车内及车外的电子电器正常工作。暖风电动机的无线电骚扰辐射的另一来源是电刷在运转中触点间产生电弧，电弧可以在5～200MHz的频率内产生强烈的射频辐射，向外发射无线电骚扰。为了进一步研究无线电骚扰产生机理，特地选择一只未进行电磁兼容设计的暖风电动机，进行预测试。测试场地为5m法半电波暗室，选用美国HP公司生产的8542EEMI测试接收机，按GB18655《用于保护车载接收机的无线电骚扰特性的限值和测量方法》第三部分:车辆零部件和模块的测量方法进行。图2为暖风电动机电源线的传导无线电骚扰（峰值检波器）测试结果，图2中限值为GB18655所规定的1级无线电骚扰限值（峰值检波器）。从测试结果分析可知:电源输入端宽带传导骚扰特性的70～108MHz内的无线电骚扰接近或超过电源输入端宽带传导骚扰1级峰值限值。图3为暖风电动机宽带辐射无线电骚扰测试结果，其中图3a为0.15～6.2MHz内单极垂直极化峰值辐射骚扰特性，图3b为30～1000MHz内水平极化峰值辐射骚扰特性，图3c为30～1000MHz内垂直极化峰值辐射骚扰特性，可以看出该暖风电动机辐射骚扰特性在5.9～6.2MHz、30～54MHz、70～108MHz、420～512MHz频段内均超出GB18655所规定的零部件宽带辐射无线电骚扰1级限值（峰值检波器）。二、无线电骚扰抑制原理骚扰抑制措施的方式有很多种，可归纳为:屏蔽、滤波、接地、阻尼。其中滤波器已成为抑制电磁骚扰的重要方法之一，这是因为滤波器可以把不需要的无线电骚扰减少到满意的工作电平上，因此，滤波器是防护传导无线电骚扰和辐射无线电骚扰的主要措施。本文主要探讨在原电动机的电源端加入滤波器进行无线电骚扰抑制，使其产生的无线电骚扰低于标准所规定的限值，从而达到标准要求。常用的低通滤波器是由电感和电容组合而成，电容并联在信号线与地线之间或信号线与机壳或大地之间。（一）电感滤波器电感滤波器原理图如图4所示。电感的感抗与频率有关，其频率特性为:A（jω）=UL（jω）/IL（jω）=jωL式中:UL——电感两端的电压；IL——电感的电流；L——电感。显然，随着频率ω=2πf→∞，电感两端电压逐步增加。由于电感串联在电路中，因此滤波器的输出将衰减，起到了低通滤波器的作用。（二）电容滤波器电容滤波器原理图如图5所示。电容C的容抗与频率有关，其频率特性为:A（jω）=UO（jω）/IC（jω）=1/（jωC）式中:UO——输出电压；IC——电流；C——电容。显然，随着频率ω=2πf→∞，滤波器的输出电压衰减逐步增加，起到了低通滤波器的作用。（三）X2YEMI滤波器X2YEMI滤波器是一种新型的集成电磁骚扰滤波器（其厂家所在地为SyferTechnologyLimitedOldStokeRoad，ArminghallNorwich，NR148SQ，UK），自从1999年问世以来，现已广泛地应用于通讯、网络等的电磁兼容设计中。其电路由两个Y电容和一个X电容组成，如图6所示。具有如下特点:具备标准旁路电容的一切功能、同轴线结构方式、最低寄生电阻和电感以及X2Y平衡组件。因此，X2YEMI滤波器具有串音抑制性能，不受电流的限制，对共模和差模噪声具有抑制功能。三、无线电骚扰抑制方案及试验（一）2种方案通过对暖风电动机的无线电骚扰的预测，可知其属于宽带连续型骚扰。现选用2种方案进行对比分析。方案1X2YEMI滤波器——在暖风电动机的电源端接入一只X2YEMI滤波器，如图7所示。方案2X2YEMI滤波器+电感滤波器——在方案1的基础上增加一组电感滤波器，如图8所示。（二）试验结果按前述测量方法对其进行测试，测试结果如下。1．X2YEMI滤波器的暖风电动机的传导无线电骚扰试验结果（峰值检波器）从图9可看出，在暖风电动机的电源端接入一只X2YEMI滤波器后，与图2相比较，在MW0.53～2.0MHz降低了10dBμV，在SW5.9～6.2MHz降低了20dBμV，但在VHF70～108MHz内抑制效果不理想，其骚扰特性仍超过GB18655零部件传导无线电骚扰1级峰值限值。2．X2YEMI滤波器+电感滤波器的暖风电动机的传导无线电骚扰试验结果（峰值检波器）从图10可看出，在暖风电动机的电源端接入一只X2YEMI滤波器和电感滤波器后，与图2相比较，抑制效果相当理想，在MW0.53～2.0MHz降低了10dBμV，在SW5.9～6.2MHz降低了25dBμV，在VHF30～54MHz降低了30dBμV，在VHF70～108MHz降低了35dBμV，其骚扰特性完全满足GB18655零部件传导无线电骚扰1级峰值限值的要求。3．X2YEMI滤波器的暖风电动机的辐射无线电骚扰试验结果（峰值检波器）从图11可看出，在暖风电动机的电源端接入一只X2YEMI滤波器后，与图3相比较，在MW0.53～2.0MHz略有改善，在SW5.9～6.2MHz降低了15dB（μV/m），但在VHF30～1000MHz内抑制效果不理想，其骚扰仍超过GB18655零部件宽带辐射无线电骚扰1级标准限值。4．X2YEMI滤波器+电感滤波器的暖风电动机的辐射无线电骚扰试验结果（峰值检波器）从图12可看出，在暖风电动机的电源端接入一只X2YEMI滤波器和电感滤波器后，与图3相比较，抑制效果相当理想，骚扰完全满足GB18655零部件宽带辐射无线电骚扰1级标准限值的要求。四、结论对比上述试验结果，得出表1暖风电动机电源线的传导无线电骚扰（峰值检波器）对比结果和表2暖风电动机宽带辐射无线电骚扰（峰值检波器）对比结果。从中看出，在暖风电动机电源端接入X2YEMI滤波器后，对暖风电动机的辐射无线电骚扰和传导无线电骚扰有一定的抑制效果，但不太理想，仍超出GB18655所规定的1级辐射无线电骚扰限值（峰值检波器）。而在暖风电动机电源端接入X2YEMI滤波器和电感滤波器后，较好地抑制了暖风电动机的辐射无线电骚扰，使其低于GB18655所规定的零部件辐射无线电骚扰1级限值（峰值检波器），且大大地降低了对暖风电动机的传导无线电骚扰，最大电压衰减为35dBμV，完全满足GB18655中零部件电源线的传导骚扰限值（峰值检波器）1级的要求，甚至可达到4级的要求，较好地解决了暖风电动机的电磁兼容问题。