汽車雨刮電機電磁干擾特性測試與分析

　　0引言：

　　隨著電氣化，自動化程度的不斷提高，電機在各個領域的廣泛應用。雖然電機本身的特性得到了很大的提高，但是電機與驅動系統的電磁兼容問題卻日趨嚴重。以汽車為例，一輛汽車上裝有大量的電子設備，電磁兼容問題也很復雜。其中最強的干擾源是點火系統，其在工作過程中，會對周圍的空間形成強烈的輻射干擾，對車上其它電子設備的正常工作有很大的影響。除此之外，雨刮電機也是一個主要干擾源。

　　如何解決汽車各電子模塊間及系統間的電磁兼容問題，提高汽車的可靠性和安全性，保證在對正常行駛的汽車進行某操作時不干擾周圍設備的正常工作，已成為一個非常重要和迫切的研究課題。

　　1雨刮電機電磁干擾特性測試方法

　　1.1一般測試設備組成

　　一般的測試設備由電源、測量接收機、接地平板、人工電源網絡(LineImpedanceStabilizationNetworkLISN)

(1)測量接收機。由于測量的對象是微弱的連續信號，也是幅值比較大的脈沖信號，這就要求測量接收機本身的噪聲小，靈敏度高，檢波器的動態變化范圍比較大，輸入阻抗低 ，前級電路的過載能力強。檢波器具有多種檢波功能以適應不同需求(有峰值、準峰值、平均值和有效值檢波)。要求接收機在整個測量頻段內的精度能達到±2dB之內。

　　(2)電源。12V電源系統應為13.5±0.5V，24V系統應為27±1.0V。電源必須經過適當濾波，以使電源中的射頻噪聲比試驗計劃規定限值低6dB以上。

(3)人工電源網絡(LISN)。人工電源網絡又稱線路阻抗穩定網絡，射頻范圍內，在受試設備參考地與端子之間，或端子與端子之間提供一個穩定的阻抗。同時，可以將來自電源的無用信號、噪聲等與測試設備隔離開來，而僅將受試設備的干擾電壓耦合到測量接收機輸入端。主要用于測量被測設備(EquipmentUnderTestEUT)沿電源線向導線傳導的連續干擾電壓。人工電源網絡應具有一個標稱為5μH的電感，其測量端口阻抗應為。

　　(4)接地平板。測量傳導發射時，接地平板可以提高精度，應采用至少0.5mm厚的銅板或鍍鋅鋼板。

　　1.2測試方法

根據GB18655-2002《用于保護車載接收機的無線電騷擾特性的限值和測量方法》國家標準的要求，利用5μH，端口阻抗為的人工電源網絡，并結合實驗室自主研發的EMCScan電磁干擾測量系統，完成汽車雨刮電機傳導干擾測試實驗。

　　對所有電源線的進行電壓測量時，應以被測設備的殼體，或是盡可能接近被測設備的底線為參考基準。實驗線束要放在接地平板上方50mm高度處。通常情況下，如果被測設備為回線遠端接地，進行電壓測量時，應使每根導線(包括回線和入線)以接地平板電壓為基準。本次測試為回線近端接地，對被測設備近端接地(電源回線低于200mm時)電壓測量時，實驗設備和被測設備應按圖1所示布置與連接：

　　圖1一般傳導發射實驗布置連接圖(電源回線近端接地的被測設備)

　　l電源;2人工電源網絡;3EUT;4測試線束;5接地平板;6絕緣層(50mm厚);

　　2測試與結果分析

　　2.1測試前分析

　　雨刮電機是直流電動機，直流電機電刷產生的電磁干擾既有共模干擾，又有異模干擾。抑制直流電機電磁干擾的手段主要有加電容、電感和接地等抑制措施。對于共模干擾，電容器應接在雨刮電機的每根引線和地之間;但對于異模干擾，電容器應跨接在電源引線之間。一般來說對于由炭刷產生的干擾，通常都是異模的，是由炭刷與換向器觸點斷開時產生的。

　　低通濾波電路的作用是通低頻，阻高頻。對于頻率較高的電磁干擾信號產生較大衰減，實現干擾的抑制，削弱了傳導干擾的輸出。圖2是一種比較常用的低通濾波器電路。其中，電容C1、C2、C4、C5和共模電感Lc通常用于對共模干擾的抑制;而C3和C6一般用于異模干擾的抑制。電容C1、C2、C4和C5的典型值在1000~4700pF之間;C3和C6的典型值在0.1~47μF內;共模電感Lc典型值范圍為0.01~3mH。根據上文的分析可知，雨刮電機產生的電磁干擾的主要部分為傳導干擾，而電機產生的傳導干擾都是差模干擾，抑制雨刮電機電磁干擾時，只需要采用圖2低通濾波電路中的某些部分，就可以達到抑制電磁干擾的目的，因此本測試采用L型低通濾波器(即一個電感和一個電容組成)。

　　圖2常用于電機電源輸入端的低通濾波器

　　對于L型低通濾波器，其諧振頻率為：

　　圖3實驗設備連接圖

　　2.2測試結果分析

　　通過分析，本文采用以L型(一個電感和一個電容)低通濾波器來抑制電磁干擾的方法。實驗時，以電容+電感的方式進行測試，先確定電容大小，在確定電感值。

　　首先，在沒有濾波器的時候進行測試，其測試結果如圖4所示。

　　圖4沒有濾波器的測試結果

　　由圖4可知，沒有加濾波器的測試發現雨刮電機傳導干擾主要存在1MHz以內，在150kHz~400kHz頻率段的干擾比較大。

　　接下來，先選定電感，確定電容的最佳值，在最佳電容值的基礎上，通過改變電感的大小，選定最佳的測試電感值。

　　通過在雨刮電機電源的輸入端并接濾波電容，進行傳導干擾測試。選取電容的大小依次為3.3μF、10μF、39μF。分別如圖5、圖6和圖7所示。

　　圖7電容為39μF的測試結果

　　通過測試結果可以看到，當電容為10μF時，抑制干擾的效果最好，可以達到10dB左右。

　　最后選定10μF電容，不改變電容，只改變電感，電感依次選用82μH、220μH、302μH。結果分別如圖8、圖9和圖10所示。

　　圖8電容為10μF，電感為82μH測試結果

　　圖10電容為10μF，電感為302μH的測試結果

　　通過測試可以看到，當加電感后抑制效果有明顯的提高，當電容為10μF，電感在220μH時，對電磁干擾的抑制效果最優。

　　3實驗結論

　　根據上述實驗結果及分析，確定L型濾波器電感值選用220uH，電容值選用10pF。在150kHz~500kHz頻率段可以有效地抑制傳導干擾，至少可以減少20dB，有些頻率點可以減少達30dB。盡管在2MHz~20MHz頻率段的干擾不是最小，但不影響其電磁兼容性。