地回線對容性耦合鉗快速瞬態脈沖注入的影響

/ .同濟大學；.上海交通大學

0 引言

容性耦合快速瞬態脈沖抗擾度試驗是采用容性耦合鉗（CCC）把快速瞬態試驗脈沖注入到受試設備（DUT）的待測線束，用以評價DUT對耦合到非電源線路的快速瞬態脈沖的抗干擾性能。在基礎標準ISO 7637-3定義的CCC試驗方法中，DUT的所有導線應穿過CCC，包括或不包括電源線，具體由車輛制造商和供應商協商決定。目前，包括全球知名車輛制造商在內的大部分車輛制造商制定的企業標準，在引用基礎標準ISO 7637-3時并沒有對CCC試驗細節作進一步的定義。例如，當DUT包含信號地線、屏蔽線的屏蔽層等多條地回線時，在試驗實施中不同類型地回線是否穿過CCC對試驗的影響并未作出明確定義。

本文首先介紹了容性耦合快速瞬態脈沖抗擾度試驗方法。其次，建立了線束耦合模型，并分析了線束的不同耦合路徑。最后，通過實驗驗證了不同地回線的處理方式對試驗結果的影響。

1 容性耦合快速瞬態脈沖抗擾度試驗方法

容性耦合鉗（CCC）方法適用于耦合快速瞬態試驗脈沖，特別適用于帶有中等數量或大數量待測導線的DUT。CCC試驗方法布置如圖1所示，瞬態脈沖發生器把快速瞬態脈沖注入到CCC的輸入端口，CCC的輸出端口接50 Ω衰減器，并連接至示波器監控試驗脈沖信號。穿過CCC的DUT主線束長度，即耦合長度是1 m；DUT和CCC之間的距離、輔助設備和CCC之間的距離應≥300 mm；DUT線束在CCC之外的部分置于接地平板上方（50 ± 5）mm；CCC的鉸鏈蓋和試驗線束應盡可能放平，以確保兩者的接觸。

圖1 CCC方法試驗布置

2 線束耦合模型

CCC提供了試驗脈沖耦合到被測電路的途徑，它與被測設備、線束，以及輔助設備沒有任何連接。CCC耦合效率取決于被測線束的直徑和材料，其中CCC和被測線束之間的典型耦合電容大約為100 pF，被測線束直徑的適用范圍為4 ～ 40 mm。如圖2所示為CCC方法試驗的線束耦合模型。

圖2 CCC方法試驗的線束耦合模型

為研究方便，假設CCC和被測線束之間的耦合電容為Cp，被測線束電路的耦合電流和電壓分別為IG和VG，RS和RL為終端負載。在受擾電路中，終端負載為RNE和RFE，感應電流和電壓分別為IR和VR。被測線束電路和受擾電路上的自電感分別為LG和LR，自電容分別為CG和CR，互電感為Lm，自電容為Cm。由鏡像法，可以計算得出兩導線間的單位長度互電感和單位長度互電容分別為

式中：μ0—— 真空磁導率；

ε0—— 真空介電常數

由以上公式可知，單位長度互電感Lm與導線間距離d和導線距參考地高度h相關；單位長度互電容Cm與導線間距離d和導線距參考地高度h，以及導線半徑r相關。

3 地回線的影響

快速瞬態試驗脈沖是模擬開關切換過程產生的瞬態現象，瞬態脈沖的特性受線束的分布電容和電感的影響。為研究方便，所采用的DUT包含主線束、電源線和屏蔽線，如圖1中所示。在試驗實施中，DUT的性能下降通常由差模干擾引起，因此，本文通過示波器監控主線束上耦合得到的快速瞬態脈沖幅度大小來衡量DUT受到的容性耦合快速瞬態脈沖抗擾度試驗影響。

如圖3所示為同一試驗等級條件下，主線束上耦合得到的快速瞬態脈沖，其中圖3（a）所示為當主線束和屏蔽線穿過CCC時，主線束上耦合得到快速瞬態脈沖的最大值和最小值分別為8.6 V和-10.8 V；圖3（b）所示為當僅主線束穿過CCC時，主線束上耦合得到快速瞬態脈沖的最大值和最小值分別為78 V和-69 V。由此可見，因屏蔽線穿過CCC，主線束上耦合得到快速瞬態脈沖的峰值減小了約7.6倍，這可能對試驗結果產生較大的影響。主線束上耦合得到的快速瞬態脈沖幅值差異主要是由于屏蔽線的屏蔽層引起的。電子電氣設備屏蔽線的屏蔽層通常與設備電源地線或者設備外殼相連，即屏蔽線的屏蔽層可以被認為是設備地回路之一。當DUT的屏蔽線與主線束同時穿過CCC時，主線束上快速瞬態脈沖會耦合到屏蔽線的屏蔽層，并被導向接地層，從而使主線束上快速瞬態脈沖的幅度被明顯地削弱。

此外，當DUT包含除電源地線、屏蔽線之外的信號地回線，且為同一個地層時，該信號地回線將會使DUT受到的容性耦合快速瞬態脈沖幅度明顯減小。信號地回線和信號線通常在同一線束共同走線，即同時受到容性耦合快速瞬態脈沖干擾，因此，對信號地回線和信號線同時進行試驗更符合實際工況。

圖3 主線束上耦合得到的快速瞬態脈沖

4 結語

地回線對容性耦合快速瞬態脈沖抗擾度試驗有較大的影響，特別是當DUT包含多條線束時，測試計劃應該對試驗的布置進行明確定義。不應對走線路徑不同的線束同時進行試驗，以避免某一股線束中的地回線成為另一股線束的“濾波器”，從而降低試驗的準確度。更嚴謹的，當DUT包含多個連接器和多股線束，應先對不同連接器的線束分別進行試驗，再將所有線束同時穿過CCC進行試驗，以確保試驗能夠完全模擬整車中可能出現的多路徑耦合情況。