浅析汽车线束系统的电磁兼容性设计

来源：汽车电器作者：佚名 2018-04-06 08:19:47

当两导线充分隔离（两导线间的距离大于5倍的导线半径）时，导线间的临近效应可以忽略，则两导线单位长度上的互电感Lm、互电容Cm可由公式（1）、（2）确定

从公式（1）、公式（2）可见，导线间单位长度上的互电感Lm、互电容Cm与其导线半径rw、两线间的距离：是密切相关的。在线束设计过程中，rw可在导线截面积选择时得到精确控制，但对于s，因线束制造特点决定，不可能精确控制，要想从控制导线单位长度上的互电感、互电容来控制线束间的串扰问题，可行性不大，故只能寻求别的解决办法来减少互电容及互电感产生的串扰问题，

    3.1.2串扰问题解决
    3.1.2.1互电感问题解决
    变化的电场将产生磁场，变化的磁场也将产生电场。其作用原理如图4所示。

    其中电磁关系遵从电磁感应定律，如公式（3）所示

    从公式（3）可见，处于时变磁场中的封闭线圈产生的电流大小，与其围成的面积成正比，为降低Vemf，在磁感应强度B不变的情况下，可通过减小面积S来达成，也可通过减小磁场变化率来达成。
    1）减小感应回路面积
    汽车线束系统对信号进行传输有3种方式：利用参考线作回路的单线传输，如图5a所示；利用导线对进行的双线传输，如图5h所示；利用双绞线进行传输，如图5c所示。其中图5a与图2相同。

    从图5可见，就回路面积而言，单线传输的回路面积最大，在同等条件下感应的电动势VPmf最大，如要在该条件下减小感应面积，接收线必须很接近参考导体才行，对汽车而言就是车身系统或车架系统的金属导体；直线对传输次之，信号的输出和返回线往往集成在同一线束内，感应面积较小；双绞线传输回路感应面积最小，其信号的输出和返回线按一定的绞距紧密缠在一起，而且其相邻环间产生的感应电动势还可相互抵消，所以其抗磁场串扰能力最强。车内一些重要的信号线，如CAN总线信号传输，就采用了双绞的传输方式，能有效抑制线束内磁场引发的串扰问题。
    2）减小磁感应强度B的变化率
    由公式（3）可知，减小磁场随时间的变化率，也可降低感应电动势Vemf。感应磁场主要由发射导线中的时变电流产生，其和感应磁场的关系遵守安培环路定律，数学表达如公式（4）所示

    式中：H—在环路C中产生的磁场强度；i （t）—时变电流。
    由公式（4）可知，减小时变电流i （t）随时间的变化率，就可减小磁场强度H随时间的变化率。磁感应强度B和磁场强度H由物质的本构关系决定了其关系遵循公式（5），具体如下
                    B=μH（5）
    式中：林—介质的导磁率。
    由上式可知，降低时变电流i（t）随时间的变化率，可降低磁感应强度B的时变率，从而可降低接收导线的感应电动势Vemf。
    当然要降低电流i （t）随时间的变化率，从汽车线束设计的角度，是做不到的，但当识别出该类问题时，可和相关的控制器开发人员进行沟通：在确保发射导体上的信号满足使用要求的前提下，尽量降低变化频率（如其控制电路的时钟频率），或者控制时变电流的上升沿和下降沿时间，使其尽可能长，从而减小发射导线中电流高频分量的对外辐射。