奕阁牌电动汽车屏显组合仪表的EMC设计

闫永德，温伟，张晓敏

（太原太航汽车电子有限公司，山西太原 030006）

奕阁牌电动汽车屏显组合仪表的EMC设计

闫永德，温伟，张晓敏

（太原太航汽车电子有限公司，山西太原 030006）

从电路板系统对外接口和电路板内部接口出发，阐述电动汽车屏显组合仪表的EMC设计方法，供仪表设计工作者参考。

电动汽车；屏显组合仪表；EMC

EMC（Electro Magnetic Compatibility）是电磁兼容的英文缩写，指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行，并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。因此，EMC包括两个方面的要求：一方面是指电器在正常运行过程中，对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值；另一方面是指电器对所在环境中存在的电磁干扰，具有一定程度的抗扰度，即电磁敏感性。

电动汽车高压动力电源和低压控制电源并存，加上大功率电机、逆变器、电机的矢量控制及驱动器，还有众多的低压电器等。这些电器的大量使用，造成电动汽车的EMC环境问题比起燃油汽车更加突出，因此在整车和相关零部件的EMC设计方面提出了更高的要求。电动汽车组合仪表作为车辆信息指示、预警、报警的关键零部件，与汽车的许多电器部件有着电信号的连接，如通过CAN总线、LIN总线、高低电平信号线、传感器信号线等其它信号线，获得车辆相关运行信息，组合仪表就会通过这些对外连接信号线传出或接收到电磁干扰信号。为了保证组合仪表能够在电动汽车这种电气环境中可靠运行，必须在产品设计阶段解决仪表的EMC问题。本文以奕阁牌电动汽车的屏显组合仪表为例，介绍其EMC设计经验。

杭州长江汽车有限公司的奕阁牌电动汽车屏显组合仪表（以下简称为“仪表”）如图1所示。显示面板由LED指示灯、4块LCD显示屏组成，插座共35根导线与汽车的相关部件连接。该仪表具有图形动画显示功能，主控芯片采用了32位带TFT驱动的微控制器SPC5606S，系统总线时钟工作在64MHz。电路上需要做EMC处理的有电源、CAN接口电路、LIN接口电路、传感器接口电路、高电平输入电路、低电平输入电路、显示屏接口电路及电路板系统内部电路。该仪表的EMC设计分为电路板系统对外接口的EMC设计和电路板系统内部的EMC设计。

图1 奕阁牌电动汽车组合仪表

1 电路板系统对外接口的EMC设计

电路板系统对外接口EMC防护处理的目的，就是要仪表系统对内和对外达到隔断干扰源的作用，即阻断传导干扰。该仪表的传导干扰处理从以下6部分做了EMC处理。各电路中采用的TVS管用于接口的ESD防护和电源的电压浪涌保护。

1.1 电源电路的EMC设计

奕阁牌电动汽车上所有的低压电器的工作电源，全来自汽车上的12 V铅蓄电池，当点火开关处于OFF状态时，低压电器只通过12V铅蓄电池供电，工作处于低功耗工作模式；当点火开关处于ON状态时，所有的低压设备通电就绪，处于正常工作模式，耗电量加大，此时由DC／DC给低压设备供电的同时给铅蓄电池充电。在DC／DC工作情况下，电源噪声很大。奕阁牌电动汽车仪表电源部分的EMC处理电路如图2所示。TVS管DV21和DV22作为ESD防护，电容C1、C2滤波，自复式熔断丝F1作为过流保护，电感L1、L2和电容C3组成T型滤波器来净化电源噪声。

图2 电源EMC处理电路

1.2 CAN总线的EMC设计

CAN总线通过CAN_H和CAN_L的差分电平信号传输。CAN总线具有隐性和显性两种逻辑状态。隐性状态下，CAN_H和CAN_L都被固定为平均电压电平，两者之间的电压差为0；显性状态下，CAN_H和CAN_L的电平分别为3.5 V和1.5 V，两者差分电压大于2 V，如图3所示。其EMC处理电路如图4所示，共模滤波器L0、电阻RL1、RL2、电容C0组成EMI和EMS防护电路。

图3 CAN总线电压特性

图4 CAN总线的EMC处理电路

1.3 LIN总线的EMC设计

LIN总线EMC处理电路如图5所示。磁珠RF、电容C1组成高频RC网络滤除100 MHz以上干扰信号。电感L1、电阻R1、电容C2组成滤波器，针对LIN总线使用波特率以上频率的尖峰干扰进行滤除。

图5 LIN总线EMC处理电路

1.4 高电平逻辑输入的EMC设计

高电平逻辑输入EMC处理电路如图6所示。磁珠RF、电容C1组成高频RC网络滤除100MHz以上干扰信号，稳压管DW为高电平有效电压设置，电阻R1、电阻R2、电容C2组成三极管输入抗干扰电路，输入的高电平经过三极管逻辑反向后供MCU识别。

图6 高电平逻辑输入EMC处理电路

1.5 低电平逻辑输入的EMC设计

低电平逻辑输入EMC处理电路如图7所示。低电平逻辑与高电平逻辑输入电路的EMC处理电路相同，只是增加了偏置电阻R1和电流单向限制的二极管D1，使得原本识别高电平的电路变成只能识别低电平有效的逻辑识别电路。

图7 低电平逻辑输入EMC处理电路

1.6 仪表的变电阻式传感器EMC设计

电路如图8所示。该仪表所采用的变电阻式传感器电阻变化范围1.5～54 kΩ，传感器的工作电流为0.09～1.5mA，容易受到线束中大电流信号线感应电压信号的影响，除了传感器的信号线使用屏蔽线外，仪表的传感器输入电路也做相应的EMC处理。磁珠RF、电容C1组成高频RC网络滤除100 MHz以上干扰信号；电阻R2、电阻R3、电容C2组成积分电路抑制尖峰干扰后，信号再给MCU的ADC采集处理。

图8 变电阻式传感器输入的EMC处理电路

2 电路板系统内部的EMC设计

电路板系统内部EMC防护处理的目的，是增强仪表电路系统内部核心电路自身的抗干扰能力，减少或限制自身内部干扰源的产生，使系统运行稳定，减小对外辐射干扰。该仪表电路板系统内部的EMC处理如下。

2.1 电源去耦设计

奕阁牌电动汽车仪表采用SPC5606S单片微控制器，系统总线时钟工作在64MHz，内部各功能部件工作所需的电能取自芯片的电源引脚，这样会使内部复杂的电磁波通过其电源引脚向外传播，因此，必须在芯片的各电源引脚间（电源正与电源负）增加图9所示的稳压去耦电路，以提高芯片工作的稳定性。其中大容量电容E起到蓄能稳压的作用，小容量电容C起到高频旁路的作用，它们的组合使用就可以达到引脚电源净化的作用。

图9 去耦电路

2.2 复位电路的抗干扰设计

微控制器的电源复位监控最容易受到电压干扰。被干扰就会造成仪表的核心芯片SPC5606S工作不正常，导致仪表工作不正常。解决办法：提高复位电路的静态工作电流，增加复位信号尖峰滤波电容。复位电路如图10所示。R1为复位负载电阻，C9为滤波电容，通过调整这2个元器件的参数，可以提高复位信号的抗干扰能力。

2.3 晶振电路的设计

图10 复位电路

图11 晶振电路

微控制器是时序电路芯片，作为芯片系统时钟源的晶体振荡电路，其稳定性和抗干扰性的处理最为重要，应严格按照芯片厂家推荐的晶振电路，并结合晶振的参数特性设计。晶振电路如图11所示。电容C1、C2为振荡电路的负载电容，通过调整其值，使晶振工作在其谐振频率的最佳点；电阻R1起到阻抗匹配作用，使电路的振幅最佳，从而提高了整个芯片的EMC性能。

2.4 TFT显示屏RGB信号的设计

微控制器SPC5606S直接驱动5英寸TFT彩屏，它和TFT屏之间采用24位RGB数据传输，属于高速并行数据传输。除了在PCB设计时采用等长数据线设计外，还应在数据线中串联56Ω电阻，吸收数据传输过程中电磁波反射的能量，提高屏幕的显示效果，降低电磁波的辐射干扰。

2.5 PCB的EMC设计遵循原则

1）根据电路原理，进行模块化划分，依据信号流和能量流的原则划分。

2）根据电路模块工作频率、能量的高低、信号的相关性，进行元器件布局。

3）根据电路电流大小进行走线划分，充分利用电源线和搭铁线来屏蔽敏感信号线。

4）充分利用布局和走线来减小高频无用信号的搭铁耦合阻抗，达到高频干扰就地消灭。

5）走线阻抗最低原则，最大可能地减少过孔，优先采用表贴器件。

3 结语

通过以上设计方法，奕阁牌电动汽车仪表在EMC试验中一次性通过ISO11452-2 IV级测试。该仪表电路的EMC设计方法，供同行业设计参考。由于EMC设计必须针对产品电路参数特性而言，因此以上提供的处理电路仅作为处理方法。电路中的部分元器件参数未标注，以免读者照搬使用起不到应有的EMC效果，请根据自己产品电路特点自行计算。

［1］林福昌，李化.电磁兼容原理及应用［M］.北京：机械工业出版社，2009.

［2］王晓荣，余颖.电工电子技术基础［M］.武汉：武汉理工大学出版社，2010.

（编辑心翔）

Dashboard EMC Design of Changjiang eBoss Electronic Vehicle

YAN Yong-de，WEN Wei，ZHANG Xiao-min
（Taico Automobile Electronics Co.，Ltd.，Taiyuan 030006，China）School of continuing education，Hefei University of Technology，Hefei 230009，China）

From the perspective of circuit board connector，this article demonstrates the EMC design method for electric vehicle dashboard，which provides reference for dashboard designers.

electric vehicle；dashboard；EMC

U463.7

A

1003－8639（2017）01－0005－03

2016-06-14；

2016-07-07

闫永德（1973-），男，工程师，从事屏显组合仪表的电路系统和EMC设计工作；温伟（1983-），男，工程师，从事屏显组合仪表的固件开发工作；张晓敏（1987-），男，助理工程师，从事屏显组合仪表的固件开发的软件设计工作。