車載電子產品增加抗幹擾電路的措施
發布時間:2013-06-28 來源:電子元件技術網博客 責任編輯:Cynthiali
【導讀】車載電源供電係統中電源紋波會幹擾電子設備的正常工作,瞬間的浪泳電壓或者尖峰脈衝類的幹擾將會引起諸如MCU主芯片死機、數字邏輯電路中的高低電位誤動作、數據處理出錯及控製係統失靈等故障。資深工程師牛衛華詳細介紹了車載電子產品增加抗幹擾電路的措施,包括汽車電磁幹擾的產生, 噪聲幹擾抑製技術 、 電氣隔離技術等七大尖峰幹擾抑製技術 。
dianzichanpinkaifabixukaolvpushixing,zuoweiyigechanpinyinggainengyingyongyugezhonggeyangchanghe,yejiushishuotabujinjinyongzaishiyanshihebangongshi,yekenengbeiyongzaiyewai,huoqitagezhonggongzuotiaojianeliedechanghe,kenengzhouweitiaojianyouyue,yekenenghuanjingelieganraopinfan,yigeqiyeyaoshengcunnajiudebixugaohaochanpindezhiliangyukekaoxing.質量就是生命,如何保證所開發的電子產品具有極高的抗幹擾能力和可靠性一直是研製者魂牽夢繞的問題。
車載電源供電係統中電源紋波會幹擾電子設備的正常工作,瞬間的浪泳電壓或者尖峰脈衝類的幹擾將會引起諸如MCU主芯片死機、數字邏輯電路中的高低電位誤動作、數據處理出錯及控製係統失靈等故障,給車載電子產品釀成難以估量的損失,因此必須采取措施加以抑製。
汽車電磁幹擾的產生
汽車電氣設備中有許多導線、線xian圈quan和he元yuan件jian,它ta們men有you不bu同tong的de電dian容rong和he電dian感gan。而er任ren何he一yi個ge具ju有you電dian感gan和he電dian容rong的de閉bi合he回hui路lu都dou會hui形xing成cheng振zhen蕩dang回hui路lu,當dang汽qi車che上shang的de電dian氣qi設she備bei工gong作zuo產chan生sheng火huo花hua時shi就jiu會hui產chan生sheng高gao頻pin振zhen蕩dang,以yi電dian磁ci波bo的de形xing式shi發fa射she到dao空kong氣qi中zhong,其qi中zhong點dian火huo係xi產chan生sheng的de電dian磁ci波bo頻pin率lv高gao、強(qiang)度(du)大(da)影(ying)響(xiang)尤(you)為(wei)嚴(yan)重(zhong)。火(huo)花(hua)塞(sai)的(de)中(zhong)心(xin)電(dian)極(ji)對(dui)其(qi)殼(ke)體(ti)有(you)一(yi)定(ding)的(de)電(dian)容(rong),中(zhong)心(xin)電(dian)極(ji)本(ben)身(shen)又(you)有(you)一(yi)定(ding)電(dian)感(gan)。這(zhe)樣(yang),火(huo)花(hua)塞(sai)的(de)電(dian)容(rong)和(he)電(dian)感(gan)就(jiu)形(xing)成(cheng)了(le)一(yi)個(ge)振(zhen)蕩(dang)回(hui)路(lu)。在(zai)火(huo)花(hua)塞(sai)放(fang)電(dian)時(shi)就(jiu)會(hui)產(chan)生(sheng)高(gao)頻(pin)振(zhen)蕩(dang)。連(lian)接(jie)火(huo)花(hua)塞(sai)的(de)導(dao)線(xian)起(qi)著(zhe)天(tian)線(xian)的(de)作(zuo)用(yong),將(jiang)振(zhen)蕩(dang)以(yi)電(dian)波(bo)形(xing)式(shi)向(xiang)空(kong)間(jian)發(fa)射(she)。
實際上,在汽車上類似這樣的電路還有很多。象發電機的電刷、喇叭、調節器觸點等。這些電器工作時會產生電磁幹擾,而且由於回路中的電容、電感的大小不同產生的振蕩頻率也不相同,其頻率範圍很寬,對其他電器的幹擾就很大。有資料表明,汽車上的電磁幹擾頻率範圍在0.15~1000MHz。比如有汽車路過時對收音機、dianshijidejieshouyoumingxiandeyingxiang。womengongsishengchandedianzhenlupaihexinxikongzhiqishijidianziweidiannaoyuyitidejingmichanpin,qichedianciboduiqigongzuoyouganraoshihenzhengchangde。
感性負載產生沿電源線傳播的幹擾
汽車內使用的各種類型的電機都屬於感性負載。例如,雨刮器驅動電機;汽車啟動電機;空kong調tiao電dian機ji等deng。當dang感gan性xing負fu載zai的de供gong電dian被bei突tu然ran切qie斷duan時shi,會hui產chan生sheng反fan向xiang瞬shun變bian電dian壓ya,線xian圈quan初chu始shi儲chu能neng越yue大da,關guan斷duan速su度du越yue快kuai,瞬shun變bian過guo電dian壓ya就jiu越yue高gao。實shi測ce結jie果guo,一yi般ban為wei-100V~300V;時間為0.2s~0.5s。
這種類型的幹擾雖然不具有連續性,但是它的瞬變電壓的幅值相當大,偶爾的出現會對車載電器的電子模塊造成嚴重影響,甚至損壞。
車載電子產品的苛刻運行環境主要表現在:chezaixitongshangdahaonengshebeiduo,dagonglvtebieshidaganshengfuzaideqitingwangwanghuishizhenggechezaidianluchanshengjishifushenzhijibaifudejianmaichongganrao。chezaidianluxitongdeqianyahuoguoya,changchangdadaoedingdianyadebaifenzhishiwu,youdeshenzhishibaifenzhiwushiyishang,zhezhongeliedegongdianchixuqiyoushichangdashushimiaoshenzhishufenzhong。lirufadianjigaosuduyunzhuanshiqizhengjidianyahuichuyuguoyazhuangtai,erzaiqichefadongdianhuoshi.其整車電壓會一直處於欠壓狀態。在車載電路中各種信號線及電源線如綁紮在一起或走同一根多芯電纜,由於導線間存在電容性耦合、電感性耦合使電場磁場組合耦合,這也是車載電路係統中出現幹擾的主要原因之一,特別是信號線與汽車供電線同走一個長的管道中、幹(gan)擾(rao)尤(you)甚(shen),多(duo)路(lu)開(kai)關(guan)或(huo)車(che)載(zai)繼(ji)電(dian)器(qi)性(xing)能(neng)不(bu)好(hao),也(ye)會(hui)引(yin)起(qi)車(che)載(zai)電(dian)子(zi)產(chan)品(pin)的(de)臨(lin)近(jin)通(tong)道(dao)信(xin)號(hao)的(de)竄(cuan)擾(rao)。還(hai)有(you)車(che)載(zai)係(xi)統(tong)中(zhong)各(ge)種(zhong)電(dian)磁(ci)部(bu)件(jian)的(de)的(de)控(kong)製(zhi)變(bian)化(hua)也(ye)會(hui)幹(gan)擾(rao)得(de)使(shi)電(dian)子(zi)產(chan)品(pin)不(bu)能(neng)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)。“負載突降”指zhi的de是shi在zai車che載zai發fa電dian機ji給gei電dian池chi充chong電dian時shi電dian池chi或huo者zhe在zai供gong電dian給gei車che載zai大da型xing負fu載zai時shi候hou忽hu然ran關guan掉diao了le負fu載zai的de情qing形xing。這zhe樣yang由you負fu載zai突tu降jiang引yin起qi的de典dian型xing電dian流liu脈mai衝chong。這zhe種zhong突tu然ran斷duan接jie可ke能neng產chan生sheng高gao達da幾ji十shi伏fu甚shen至zhi上shang百bai伏fu的de瞬shun態tai電dian壓ya尖jian峰feng,因yin為wei直zhi流liu發fa電dian機ji試shi圖tu給gei電dian池chi完wan全quan充chong電dian。直zhi流liu發fa電dian機ji上shang的de瞬shun態tai電dian壓ya抑yi製zhi器qi通tong常chang把ba總zong線xian電dian壓ya“箝位”於車載電池的12V或者24V之間,因而使得直流發電機的下遊電子產品的供電主端上百V的瞬態“尖峰”。此外現場溫度、濕度的變化也引響了車載電子產品的可靠性。
車che載zai電dian子zi產chan品pin在zai現xian場chang運yun行xing所suo受shou到dao的de幹gan擾rao各ge種zhong各ge樣yang,具ju體ti情qing況kuang具ju體ti分fen析xi,對dui不bu同tong的de幹gan擾rao采cai取qu不bu同tong的de措cuo施shi,此ci乃nai抗kang幹gan擾rao的de原yuan則ze。這zhe種zhong靈ling活huo機ji動dong的de策ce略lve與yu普pu適shi性xing無wu疑yi是shi矛mao盾dun的de。解jie決jue的de辦ban法fa應ying當dang采cai用yong模mo塊kuai化hua的de方fang法fa。除chu了le基ji本ben構gou件jian外wai,針zhen對dui不bu同tong的de運yun行xing場chang合he,電dian子zi產chan品pin可ke裝zhuang配pei不bu同tong的de選xuan 件,以有效地抗幹擾,提高可靠性。
尖峰幹擾抑製技術
對車載電子產品正常工作危害最嚴重的是整車的尖峰脈衝幹擾,產生尖峰幹擾的用電設備有:啟動電機、汽車空調發電機、蓄電池充電發電機、繼電接觸器、車載帶逆變電路的鎮流器的或者充氣照明燈。尖峰幹擾常使智能車載電子產品中的微電腦係統出現“掉程序”或“死機”對於這樣的問題.可用硬件、軟件結合的辦法來抑製。
1 用硬件線路掏尖峰幹擾的影響
有如下三種常用辦法:或huo在zai車che載zai電dian子zi產chan品pin的de電dian源yuan輸shu入ru端duan串chuan入ru按an頻pin譜pu均jun均jun衡heng的de原yuan理li設she計ji的de幹gan擾rao器qi,將jiang尖jian峰feng電dian壓ya集ji中zhong能neng量liang分fen配pei到dao不bu同tong的de頻pin段duan上shang,從cong而er減jian弱ruo其qi破po壞huai性xing,或huo在zai車che載zai電dian子zi產chan品pin的de電dian源yuan輸shu入ru端duan加jia超chao級ji隔ge離li變bian壓ya器qi,利li用yong鐵tie磁ci共gong振zhen原yuan理li抑yi製zhi尖jian峰feng脈mai衝chong;或huo在zai電dian子zi產chan品pin的de直zhi流liu電dian源yuan的de輸shu入ru端duan並bing聯lian壓ya敏min電dian阻zu利li用yong尖jian峰feng脈mai衝chong到dao來lai時shi電dian阻zu值zhi減jian小xiao,降jiang低di電dian子zi產chan品pin從cong電dian源yuan分fen得de的de電dian壓ya,從cong而er削xue弱ruo幹gan擾rao的de影ying響xiang。
2 采用硬、軟件結合的看門狗技術抑製尖脈衝的影響
軟件方麵這樣安排:隻要在定時器定時到之前,CPU訪fang問wen一yi次ci定ding時shi器qi,讓rang定ding時shi器qi重zhong新xin開kai始shi計ji時shi,正zheng常chang程cheng序xu運yun行xing,該gai定ding時shi器qi永yong遠yuan不bu會hui產chan生sheng溢yi出chu脈mai衝chong,尖jian峰feng脈mai衝chong也ye就jiu不bu會hui起qi作zuo用yong。一yi旦dan尖jian峰feng幹gan擾rao出chu現xian了le“飛程序”則CPU就不會在定時到之前訪問定時器。因而定時到信號就會出現,引起係統複位中中斷,保證智能儀器回到正常的程序上來。
3 噪聲幹擾抑製技術
廣義上講,一切無用的信號都叫噪聲。噪聲客觀存在,從某種意義上說,開發電子產品的過程自始至終就是和噪聲作鬥爭的過程。
4 屏蔽技術
根據導線間電耦合、磁耦合及電磁耦合產生相互幹擾的機現,在車載電子產品的布線方麵應做到:強電的饋線必須單獨走,絕對不能和信號線混在一起;努力使強信號線與弱信號線正交;不能避開的平稱走線,針對電場耦合引起的幹擾,采用無網孔的鋁箔屏蔽電纜且使兩端引線外露部分量短,同軸電纜單端接地;針對磁場耦合產生的幹擾,采用雙絞線,讓法線相反的小回路麵積相等,使磁場幹擾的影響相互抵消;針zhen對dui電dian磁ci耦ou合he產chan生sheng的de幹gan擾rao可ke采cai用yong結jie合he雙shuang絞jiao線xian和he同tong軸zhou電dian纜lan兩liang者zhe優you點dian的de雙shuang絞jiao屏ping蔽bi對dui,此ci外wai在zai幹gan擾rao源yuan周zhou圍wei加jia上shang屏ping蔽bi體ti且qie將jiang屏ping蔽bi體ti一yi點dian接jie地di,可ke把ba電dian場chang開kai成cheng的de幹gan擾rao源yuan屏ping蔽bi掉diao,使shi之zhi對dui鄰lin近jin導dao線xian或huo回hui路lu不bu產chan生sheng幹gan擾rao且qie可ke抑yi製zhi磁ci場chang對dui弱ruo信xin號hao回hui路lu可ke能neng造zao成cheng的de幹gan擾rao。
下頁內容:濾波 、電氣隔離和其他抗幹擾技術
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5 濾波技術
對於車載供電係統建議采用LC諧振濾波電路。最少采用兩級濾波措施,第一節采用互感濾波方式.第二級采用LC組成的諧振濾波方式,嚴格的控製住尖峰脈衝對電路後級電子產品的幹擾。
6 電氣隔離技術
為防止高電壓、大電流、dagonglvhuoshuxianshangchanshengdegezhongganraoxinhaojinruzhinengyiqineibu,fangaizhengchanggongzuo,keshixinxichuanshudelujingzaidianqishanggeli,yijigeliqianhouliangbufenxianluzhijianwudianqishangdelianjie,zaidianqishangshihuxiangdulideliangshangxitong,gezidulidedianyuanhecankaodianwei,huxiangjianhaobuxiangguan,kaofeidianfangshi(如磁、光等)來傳送信息。
(1)磁隔離的方法
常見磁隔離種類有:隔離變壓器、電流穩壓器、各種電壓電流互感器,調製觸調式隔離放大器。可用來傳判定工關信號,也可用來傳遞交、huanbianshenzhishizhiliudemonixinhao,zaidipinfanweineishixianlixiangchuanshu,danyeyousuduman,gonghaoda,huizaochengjiaogaodepinlvxinhaodesunshijikaiguanxinhaodeqianyanerduxiajiangdengquedian。
(2)光隔離的方法
光隔離的方法是采用光傳遞信息進行電氣隔離。由於光隔離的電氣絕緣性能極佳,光纜傳遞信號不會受到、強磁場等的影響,所以是一種較理想的隔離方法。常見的光隔離器件有:光電開關、光電隔離器、光纜、光觸發可控矽及模擬信號光電隔離裝置等。因為其功耗小、結構簡單、工作可靠,開發智能儀器應首選這種方法。
7 其他抗幹擾技術
(1)穩壓技術
目前智能電子產品開發中常用的穩 壓電源有兩種:一種是由集成穩壓芯片提供的串聯調整電源,另一種是DC-DC隔離型穩 壓電源,這對防止電網電壓波動幹擾儀器正常工作有效。 但是建議公司采用後者,因為DC-DC型穩壓電源可以使尖峰脈衝嚴格的控製在逆變電源的開關變壓器初級.車載電子產品雖然是共地的,但是在其VCCzhengdianyuanshangyijingyangedekongzhizhule。erqichedianluzhongqididianweishiyonghengbubiande,suoyijianfengmaichongheqitadipinmaichongganraozhileidexinhaoshibuhuiduididianweiyouxiao
(2)抑製共模幹擾技術
采用差分放大器,提高差分放大器的輸入阻抗 或降低信號源內阻可大大降低共模幹擾的影響。
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