机动车报警喇叭的传导发射整改分析

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0 引言

随着机动车智能化和网联化的发展，在机动车狭小的内部空间汇聚的电子器件和模块数量越来越多，这导致机动车的电磁兼容（EMC）问题日益复杂。在功能上，智能中控、辅助驾驶和无人驾驶等智能化系统的应用也是研究热点。然而，如果涉及机动车行车安全的零部件受到电磁干扰而出现性能下降，将会直接威胁驾乘人员的生命和财产安全。因此，机动车整车厂和零部件厂都对机动车零部件的EMC性能提出越来越高的要求，相应的标准也越来越严格。从测试类型上，机动车零部件的EMC测试可以分为发射类和抗扰度类。其中，发射类EMC测试主要测试受试设备（DUT）对外部的电磁发射水平，目的是把DUT的对外发射电平控制在需要的水平以下；抗扰度类测试是测试DUT对来自外部电磁干扰的免疫能力，以确保DUT具备足够的抗扰性能。

机动车报警喇叭通常以一定频率不断高声鸣叫报警，是典型的瞬态电流工作设备。每个鸣叫周期的开始与结束都伴随着瞬间的工作电流变化，具有较强的电磁发射，这对其他零部件的正常工作造成了严重的威胁。另外，机动车报警喇叭的对外电磁发射主要沿电源线对外产生传导发射，因此，传导发射测试是机动车报警喇叭在EMC测试中面临的典型挑战。本文从EMC三要素出发，通过实验分析了机动车报警喇叭传导发射整改方法。

1 机动车报警喇叭的传导发射测试系统

如图1所示为机动车报警喇叭的传导发射测试系统框图，依据 CISPR 25：2016 / GB/T 18655-2018标准要求对被测机动车报警喇叭进行测试布置。其中，机动车报警喇叭作为DUT，DUT及其线束被放置在非导电、低相对介电常数材料上，距参考接地平面上方50 mm的位置； DUT距离人工网络的长度为200 mm。电源线的传导发射测量依据标准在0.15～30 MHz频率范围内依次对电源正极线和电源回线进行测量。被测量电源线对应的人工网络测量端口通过射频同轴电缆穿过暗室的接口板，连接至EMI接收机。未被测量电源线对应的人工网络测量端口接50 Ω负载。

图1 机动车报警喇叭的传导发射测试系统

2 整改前测试数据

被测机动车报警喇叭为直流27 V供电，测试中分别对其+27 V供电线和GND线分别进行测量，由于该两根线测试数据接近，因此取其+27 V供电线进行分析。如图2所示为某机动车报警喇叭的传导发射整改前测试数据，可见超标较为明显，特别是在150 kHz处，平均值超限值约19 dB。此外，经过辐射发射测试，发现该DUT的辐射发射场强也明显超标。

图2 整改前的测试数据

3 整改分析

以干扰源、传播路径和接收设备的EMC三要素为分析出发点，首先确定干扰源的来源和成分。其中，干扰源的成分分析主要是分辨共模信号分量和差模信号分量。由图2中整改前测试数据可见，干扰信号主要集中在10 MHz之前，因此，主要分析150 kHz ～ 30 MHz频率范围内的信号。通过某商用共模/差模信号分离网络对DUT进行共模干扰分量和差模干扰分量测量。

如图3所示为共模干扰信号分量试验数据，可见共模干扰信号分量的电磁发射水平较低，且远低于标准限值。如图4所示为差模干扰信号分量试验数据，可见差模干扰信号分量的电磁发射水平较高，接近图2中整改前测试数据且明显超过标准限值。

图3 共模干扰信号分量试验数据

图4 差模干扰信号分量试验数据

由以上测试数据可见，干扰信号的类型几乎全部为差模干扰信号。因此，主要选用差模抑制器件进行传导骚扰整改。此外，为了达到理想的整改效果，需要定位干扰源位置，从源头上切断干扰源的传播路径，以防止过长的干扰信号传输路径构成发射天线，产生较大的辐射发射干扰。对DUT的PCB板进行干扰源定位分析，即采用近场扫描系统对该PCB板进行扫描，扫描过程中该PCB板处于正常工作状态。由整改前的试验数据可见，干扰信号集中的频段主要是 10 MHz之前，因此，主要分析 150 kHz ～30 MHz频率范围内的信号。如图5所示为PCB板近场扫描试验数据。

图5 PCB板近场扫描试验数据

可见在PCB大部分区域均有比较明显的近场发射，特别是横6纵5方块区域。通过与PCB板的元器件比对对干扰源进行定位，确定干扰源为PCB上的一个开关三极管。如图6所示为干扰源位置的确定图，深色实线区域为开关三极管，蓝色虚线为在三极管的基极和集电极两个引脚对地分别连接一个电容器。

整改后经过测试，该DUT的传导发射电平有显著降低，符合限值要求，并有较大的通过裕量。但是，由于在三极管引脚加了滤波电容，对三极管输出PWM信号的上升沿和下降沿进行了平缓，即降低了开关速度，从而增加了EUT的启动时间，对使用者造成明显启动延迟的使用体验。该启动延迟现象不满足主机厂的要求，因此，需要进一步平衡滤波效果和启动延迟现象。

图6 干扰源位置的确定

4 整改结果

由以上分析，减小了所施加电容的容值，同时，为了提高滤波电容的滤波效果，采用贴片电容来减小寄生电感参数。替换两个滤波电容后，EUT的启动延迟现象得到较大的改善，满足主机厂的设计要求。如图7所示为最终整改使用的抑制器件，在同样位置的两个插件电容替换为两个更小容值的贴片电容。

图7 最终整改使用的抑制器件

如图8所示为最终整改后的传导发射试验数据，可见该数据符合标准限值的要求，最小通过裕量为1.8 dB。同时，辐射发射试验也有较大的通过裕量。

图8 最终整改后的测试数据

5 结语

在实验分析中发现，传导发射测试和辐射发射测试具有一定的相关性，在进行传导发射的整改过程中，应该同时考虑对辐射发射测试的影响。在EMC整改过程中，应紧紧围绕EMC三要素，首先定位干扰源，分析干扰源的共模和差模成分，选择合适的滤波器件；然后确定传播路径，从源头切断传播路径来避免因天线效应引起辐射发射。此外，EMC的整改应该在整改效果、成本和DUT功能体现之间寻求平衡点，使DUT既满足EMC测试标准要求又可以正常工作。