汽车电子EMC试验标准ISO11452-4解析
近海
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2020.04.07
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1 概述

ISO11452-4描述了乘用车和商用车电子零部件的抗扰度测量方法和流程,这样的方法称为线束激励法,包括大电流注入法(BCI)和管状波耦合法(TWC)。

大电流注入法(BCI)是利用变压器原理通过电流探头往线束中注入电流,电流探头作为原边,线束作为副边。

管状波耦合法(TWC)是通过一个定向耦合器将电磁波耦合进线束。TWC法适用于模拟汽车电子零部件受到GHz频率范围的电磁干扰,例如GSM频段、UMTS频段及2.4G ISM信号这类主要为线束耦合机制的干扰。它特别适用于小体积和带有屏蔽壳的被测设备,因为在这类设备中,高频干扰信号主要是通过线束进行耦合。

ISO11452本部分所考虑的电磁干扰仅限于连续的窄带电磁干扰信号。

窄带电磁干扰:频谱为离散信号的电磁干扰信号。

2 试验条件

对于车辆电子系统测试来说,典型的信号频率范围如下: BCI测试法:1MHz~400MHz

TWC测试法:400MHz~3GHz。

测试者应确定整个频率范围内的试验严酷等级,如下图所示。

试验严酷等级(BCI测试法)

试验严酷等级(TWC测试法)

试验条件应符合ISO11452-1中的相关规定,包括如下内容:

试验温度:(23±5)℃

供电电压:12V系统为(13±1)V;24V系统为(26±2)V

信号调制方式

驻留时间:不小于1秒

频率信号步长:

3 试验场所

试验应在封闭的屏蔽场所内进行。

4 试验设备

4.1 BCI测试法

4.1.1 一般条件

BCI测试法是通过电流注入探头直接把干扰信号感应进线束的抗干扰度试验,在试验过程中需要改变干扰信号的频率和试验严酷等级。

试验设备包括:

接地平面;

电流注入探头;

电流测量探头;

人工网络;

射频信号发生器;

功率放大器;

功率计;

电流测量设备;

4.1.2 注入探头

注入探头将干扰信号注入被测设备,并能够在整个测试频率范围内正常工作。才外,还要能够承受一定的输入功率以满足试验等级要求。

4.1.3 电流测量探头

电流测量探头在整个测试频率范围内应能正常工作。

4.1.4 DUT的激励和监测设备

这些设备应尽量减小对电磁场的干扰,如采用塑料按键、塑料传输管等。

DUT与监测设备之间的连接尽量采用光纤或高阻抗导线连接,如采用其它类型的连接则需要采取措施尽量减小对测试的影响。导线的朝向、长度及位置都要在试验计划中规定,以确保试验结果的可重复性。

4.2 TWC测试法

4.2.1 一般条件

本试验方法是将平面波耦合等效为汽车零部件的线束耦合,通过50欧姆同轴线、管状耦合器和匹配终端来产生横向电磁波,被测线束穿过管状耦合器。这样会产生两种电磁干扰信号:一是直接通过TWC耦合到待测线束的横向电磁波;二是由DUT与耦合器之间的待测线束向外辐射的离散场电磁干扰。

TWC测试法需要以下设备:

接地平面;

管状波耦合器;

人工网络;

射频信号发生器;

功率放大器;

功率计;

4.2.2 管状波耦合器

管状波耦合器将干扰信号耦合到待测线束。它应该能够将测试频率范围内的测试功率耦合进入待测线束,并具有足够高的耦合系数和额定功率。

4.2.3 50Ω负载电阻

该电阻用来匹配管状波耦合器的输出,它的额定功率应等于或大于施加的正向功率。

4.2.4 DUT的激励和监视设备

见4.1.4。

5 试验布置

5.1 接地平面

接地平面由最少0.5mm厚度的铜、黄铜或镀锌钢制成。

接地平面的宽度最小为1000mm,长度如下:

采用功率受限的闭环BCI测试法时为1500mm;

其它方法为2000mm或者

比整个系统尺寸大200mm。

接地平面与屏蔽室的墙壁或地板连接,并且连接电阻不大于2.5mΩ。两个接地母线之间的间距不大于300mm,并且接地母线的长宽比不能大于7:1。

5.2 电源和人工网络

被测设备的每个电源引脚都要通过人工网络连接到电源,人工网络参数为5uH/50Ω,如下图所示。

人工网络:在试验室中,以人工网络代替车辆上的电源线阻抗作为参考标准,来确定设备和电气及电子装置的性能。

人工网络的数量取决于被测设备在车辆上的安装方式:

如果被测设备的回流线大于200mm,那么需要两个人工网络,一个连接到电源正极,一个连接到回流线。

如果被测设备的回流线不大于200mm,那么需要一个人工网络,连接到电源正极。

人工网络直接放置在接地平面上,其外壳需与接地平面绑定。

电源回流线要与接地平面连接,连接点位于电源和人工网络之间。

每个人工网络的测量端口需要用50Ω负载端接。

5.3 被测设备的位置

被测设备应放置在一个绝缘、低介电常数的支撑物上,支撑物位于试验桌金属表面以上(50±5)mm的位置。

被测设备外壳不能连接到实验桌的金属表面,除非它在实际车辆上接地。

被测设备的任何一个表面距离接地平面的边缘不小于100mm。

除了接地平面,被测设备与任何一个金属部件的距离不能小于500mm,比如屏蔽室的墙壁等。

5.4 线束的长度和位置

除非在试验计划中特别确定,被测设备和负载模拟器的线束应满足以下条件:

除了BCI方法中功率受限的闭环测试法,在其它测试方法中,线束长度为(1700,2000)mm;

在BCI测试法的功率受限闭环测试法中,线束长度为(1000,1200)mm。

线束型号基于实际应用和需求确定。

线束应该沿直线布置:

除了BCI测试法中的功率受限闭环测试法,在其它测试法中,从被测设备开始至少超过1400mm的线束沿直线布置;

在BCI测试法中的功率受限闭环测试中,整个线束都要沿直线布置。

整个线束的位置和导线数量应固定不变。

线束要穿过电流注入和测量探头或者管状波耦合器。

线束应放置厚度为(50±5)mm的绝缘、低介电常数的支撑物上。

如果线束有多个分支,那么没在探头内的线束分支应距离探头内的线束分支最少100mm。

5.5 负载模拟器的位置

负载模拟器最好直接放置在接地平面上,此时其电源线应通过人工网络连接。如果负载模拟器有金属外壳,则外壳连接到接地平面。

负载模拟器也可以不放置在接地平面上,而是放置到接地平面的相邻位置,此时其外壳需与接地平面连接;甚至放置在屏蔽室外,此时需要通过线束接地。

5.6 线束激励的位置

5.6.1 BCI测试法

5.6.1.1 替换法

电流注入探头距离被测设备连接器(150±50)mm。另外,还需在d=(450±50)mm和d=(750±50)mm的位置进行测试。

如果在试验中使用了电流测量探头,它应距离被测设备连接器(50±10)mm。

5.6.1.2 功率受限的闭环方法

电流注入探头距离被测设备连接器(900±10)mm。

电流测量探头距离被测设备连接器(50±10)mm。

5.6.2 TWC测试法

在TWC测试法中,管状波耦合器放置在距离被测设备(100±10)mm的位置,且与接地平面隔离。

在接近被测设备的端口连接高频设备,50Ω负载连接到TWC的次级端口,与接地平面隔离放置,且与线束距离不小于200mm。

6 试验步骤

6.1 通用要求

干扰源的布置以及线束的连接等等都是标准的测试条件,任何与标准要求不一致的地方比如线束长度等,都必须在试验之前取得同意且在试验报告中记录。

被测设备应在典型负载条件下工作,这些工作条件需在试验计划中清晰定义以保证供应商和客户可以进行一致的测试。

6.2 试验计划

试验计划应包括以下内容:

试验布置

试验方法

频率范围

DUT工作模式

DUT验收标准

试验严酷等级

DUT监测条件

探头位置

多支路或多连接器的电流注入条件

试验报告内容

负载模拟器

任何与标准测试不同的说明

每个被测设备都需要在基于最能体现道路安全及可用性的工作模式下进行试验,

最少包括待机模式和所有执行器都被激活的模式。

6.3 试验方法

6.3.1 BCI测试法

6.3.1.1 一般条件

BCI测试法包括两种方法:

(1) 替代法

(2) 功率受限的闭环测试

6.3.1.2 替代法

6.3.1.2.1概述

替代法中的校准和试验都以正向功率作为参考参数。

该方法分两步执行:

校准;

DUT测试。

6.3.1.2.2 校准

每一个试验等级都需要定期校准。校准时,在50Ω校准夹具上产生定值电流,并记录此时的正向功率值。另外,频率步长不能大于ISO11452-1中规定的最大步长。

校准应使用未经调制的正弦射频信号进行。

校准夹具的一端连接50Ω的端接负载,另一端连接50Ω的射频功率测量装置。

6.3.1.2.3 DUT测试

被测设备、线束以及其它设备和仪器的布置如下图所示。

试验时,按照试验计划中确定的严酷等级对DUT进行测试。

当线束包括多个分支时,应将注入探头夹在每个分支上重复进行测试。

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