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汽車電子風扇電機控制電路與主電路電磁兼容分析與優化


隨著電動汽車以及自動駕駛技術的推廣,大量電子電氣設備的使用對電磁兼容(EMC)提出了日趨嚴苛的要求,人人鲁免费播放视频中文設計中的EMC問題變得越來越重要。該文對主電路分单纯铺铜、增加铁质连接片以及增加铁质连接片与铜质导线三种情况分别建立有限元模型,计算得到了表面电场强度,分析了电场分布趋势。通过实验测量风扇电机控制電路和主電路的电磁场分布。

实验结果证明仿真结果的正确性,进而分析局部电场强度集中的原因,给出改进措施。对控制電路主芯片连接MOSFET柵極的信號網絡進行信號完整性分析,仿真計算得到了線路眼圖,通過調整終端電阻,改善了眼圖的眼高和眼寬,有效地提高了信號的傳輸質量。

通过主電路的有限元分析和控制電路的信号完整性仿真,精准地研究了电场强度和线路眼图,相比传统的定性分析方法,给出了更加准确的电子電路改进措施。

近年來,我國汽車工業發展迅速。汽車設計、制造的整體水平有了大幅度的提高。與此同時,用戶對汽車安全、節能、環保、舒適等方面的需求也不斷提高,因此車載電氣電子設備得到了廣泛的應用。相關統計表明,國內緊湊型轎車的電子零部件成本約占整車的25%,豪華品牌轎車的比例則高達40%,而且這些電子人人鲁免费播放视频中文的種類和數量還在不斷增加,同時它們的工作頻率及功率也逐漸增大。

隨著電動汽車以及自動駕駛技术的推广,汽车中电气电子设备进一步高度集成,人人鲁免费播放视频中文功能日趋复杂,需要在有限的空间中放置更多的电气电子人人鲁免费播放视频中文,所以电子人人鲁免费播放视频中文间的电磁环境变得更加恶劣,对汽车中电子人人鲁免费播放视频中文的电磁兼容提出了更严苛的要求。比较突出的电磁兼容(Electromagnetic CompaTIbility, EMC)问题甚至会引起汽车的各种故障,如指示灯误操作,安全气囊不能及时弹出等。

2018年5月23日,在因特尔所属自動駕駛技术公司Mobileye所在地的人人鲁免费播放视频中文发布会上,一辆自動駕駛汽车径直闯过了红灯,并没有任何刹车的迹象,其原因是电视台工作人员在车内安装的摄像头的无线信号传送器发出电磁干扰,对交通信号灯内转调器的正常工作造成影响。虽然没有造成 人员伤亡,但这次事故暴露出了电磁兼容问题的严重性。如何有效地解决汽车中设备级电磁兼容问题,是当前研究工作的重中之重。

對于電磁兼容問題,文獻[7]主要通過濾波和屏蔽,在傳播路徑上抑制電磁輻射;文獻[8]主要對印制電路板(Printed Circuit Board, PCB)上的線路進行合理布局,通過減小電流環路面積來減少電磁輻射。在現代電氣電子設備中,信號頻率的不斷增加和開關管高速動作都會導致嚴重的電磁幹擾。

与此同时,由于電流的趋肤效应导致在印制板铺铜边缘電流密度过大,引起局部近电场强度过大,如此一来,势必会引起远场辐射能力的增强,使其他敏感元器件受到強烈的電磁幹擾,因此減少局部電場強度是電磁兼容中重要的一項。

信号完整性(Signal Integrity, SI)是指電路信号能够在不影响系统其他信号质量的前提下,通过一段传输路径后到达接收端口时波形的完整程度。当電路上的信号可以按要求的时序、持续时间和电压幅值从发射端到达接收端,就说明本電路具有良好的信号完整性。

電路的信号完整性受多种因素共同影响,一般是由于信号的边沿过于陡峭、阻抗不匹配以及臨近線路對它的電磁幹擾。如果在進行信號完整性分析時對電路板上的每一個信號網路進行分析,勢必會産生大量人力和資源的消耗,可行性較低,所以在實際的信號完整性分析時,通常會將系統中的信號進行劃分,計算信號網絡中的關鍵信號,以達到節省計算時間和資源的目的。

對于信號完整性的分析,文獻[14]采用S參數分析信號線路在不同頻率下阻抗的變化方法,而眼圖是一種在固定工作頻率下分析信號質量的方法。相比而言,眼圖可以直觀反映出信號網絡在工作頻率中的系統噪聲、時間抖動和過沖等現象。

汽車發動機冷卻系統,一般通過散熱器風扇提高水箱周圍風速的辦法,提高散熱器的冷卻效率。散熱風扇的發展曆經了三個階段:①發動機直接带动风扇转动,这种方式效率低下,且会增加油耗;②电磁离合器控制风扇转速,一般有两档或三挡,但由于發動機的温度跟驾驶环境和驾驶习惯有很大关系,离合器需要频繁换挡、容易损坏,且效率的提高和油耗的减少并不十分明显;③电子风扇阶段,由车辆电子控制单元(Electronic Control Unit, ECU)控制风扇转速,可根据水箱温度实现无极调速、效率高、能耗低、寿命长。

本文通过对汽车电子风扇电机控制電路与主電路的电磁兼容进行分析和优化,提高了该電路在复杂电磁环境中的抗干扰能力并降低了该電路对外的辐射发射。

汽車電子風扇電機控制電路與主電路電磁兼容分析與優化

汽車冷卻裝置原理

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實物圖及局部放大

結論

本文对部分主電路分三种情况单独建立了有限元模型,计算得到了表面电场强度,分析了电场分布趋势,并通过实验验证了仿真的正确性。计算结果证明,MOS管通断瞬间会有很高的高频分量, 90°直角的出现导致信号在直角处的辐射*强,对周围電路造成严重电磁干扰,建议在大功率電路中,即使工作频率较低,也应该避免出现90°直角。

信号完整性分析表明,通过调整電路参数,可以明显改善驱动信号的眼图。相比传统的经验式定性分析方法,数值仿真技术可以给出更加准确的电子電路改进措施,进而提升PCB的可靠性减少故障率。

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