寶馬車總線系統基礎(四)

◆文/山東 劉春暉

(接2020年第9期)

六、電磁兼容性(EMV)

為便于理解電磁兼容性，我們首先回憶一下線圈的工作原理。

1.電磁兼容性

如圖39所示，每個載流導體周圍都有一個電磁場。將電導體纏繞成一個線圈時，就會在線圈內部形成磁力線。磁力線平行分布且密度相同。這種磁場稱為均勻磁場。磁力線離開的地方為北極，進入的地方為南極。如果一個電氣設備處于線圈附近，則該設備的功能可能會受影響。

圖39 線圈的磁場

電磁兼容性意味著，即使設備位于電磁場中，設備仍能可靠工作。另外也不允許該設備自身產生的電磁場干擾其周圍的其他設備。電磁波可能在電路中產生電壓或電流。電磁波較輕時可能導致電視出現的干擾噪音，較重可能導致電子設備失靈。為防止干擾心臟起搏器，許多醫院禁止使用移動電話。在飛機上也禁止使用移動電話。即使在車輛中(從1995年款起)，也只有按制造商規定安裝了外部天線后才允許使用移動電話。

電磁場不一定僅存在于電氣設備內部，它也可能擴展到電氣設備外。這意味著電磁場可能侵入其他電氣設備內并影響其功能。尤其是用于無線電通信的電氣設備(例如移動電話或無線電接收設備)，這些設備需要發射電磁場(移動電話)或電磁場侵入(無線電接收設備，移動電話)。

除了移動電話和收音機外，現代車輛中還安裝了其他無線電接收設備，例如導航系統、帶有無線電遙控器的中央門鎖、電視接收器等。因此車輛中的抗無線電干擾顯得越來越重要。

開發和設計車輛電氣組件時，已經考慮到電氣組件必須滿足有關電磁兼容性的規定和標準。例如，控制單元通常安裝在金屬外殼內。因此一方面可以使外部電磁場無法或幾乎無法侵入控制單元內部。另一方面也可以使控制單元產生的向外輻射降至最低。此外還有其他措施，例如導線屏蔽或雙絞線(K-CAN)。雙絞線能夠降低導線之間的相互影響。在此使用線圈和電容器作為針對電機的抗干擾元件。

2.靜電放電ESD

隨著人們對舒適性和功能性要求的不斷提高，電子組件的數量也在不斷增加。由于將多個控制單元和模塊集成到一個部件內，例如車輛通信計算機內，因此將來只需更換各電子部件。更換電子組件時必須特別注意靜電放電ESD(Electronic Static Discharge)，靜電放電ESD警告提示牌如圖40所示。不遵守安全規定可能會造成車輛內其他電子組件損壞。靜電放電ESD(Electronic Static Discharge)是由于電勢差突然間補償而產生的。

圖40 ESD警告提示牌

3.電磁兼容物理學基礎

(1)靜電電荷的產生

每種材料都包含電荷載體。如果兩個物體相互摩擦，則兩個物體表面的許多部位同時接觸和分離。接觸過程中自由電荷載體(電子)從一個物體表面轉移到另一個物體上，由于分離過程造成電子無法補償，因此物體表面產生靜電。

每個靜電荷都有進行補償的趨勢。但是其前提是電流能夠流動。一個導體接地后會立即補償其電荷。如果一個導體帶有絕緣層或物體不導電，則電荷可以保持較長時間。

靜電電荷可以通過摩擦(兩個材料接觸和分離)或感應(電磁場影響材料)過程產生。靜電電荷也可以通過以下情況產生。

①在絕緣地板材料上行走時；

②從椅子上站起時；

③通過噴氣發動機排氣；

④通過空氣與車輛摩擦；

⑤接觸塑料材料時；

⑥從塑料套中取出紙張時。

(2)摩擦產生靜電電荷

接觸過程中，原本為電中性的材料釋放電子(正電荷)或得到電子(負電荷)。根據材料情況，與地電勢相比電荷可以為正或為負。物體分離后電子無法迅速通過絕緣體返回并滯留在一側。多次反復接觸和分離時電壓升高。

如圖41所示，電荷造成人體電壓升高，根據材料類型和環境條件，電壓最高可提高到40kV。根據所穿鞋的類型、地板材料和空氣濕度，人體電荷電壓可能達到約30kV。電壓很大程度上取決于空氣濕度。濕度越低越容易達到最高電壓。隨著濕度的提高電壓會明顯下降。

圖41 電荷造成人體電壓升高

(3)靜電放電

最著名的靜電放電現象是閃電。除此以外還包括例如在商場觸摸衣帽架時或打開車門時(圖42)或在干燥天氣的時候脫毛料衣物時。靜電放電時可產生相當高的電流。即使在感知閾值(＜3 000V)以下，突然性靜電放電也可能造成部件損壞或損毀，超過100V時就可能會造成部件損壞。

圖42 接觸車輛時的靜電放電現象

如圖43所示，人體放電是在帶電的人體與部件之間發生的放電現象。物體放電是在帶電物體與部件之間發生的放電現象。另一種情況是帶電部件與物體之間或在連接到導線束內時的靜電放電。

圖43 人體向部件靜電放電

部件向車輛導線束的物體放電對其他部件構成的危險最大。例如，未按規定將控制單元放置在原裝包裝內存放或運輸時，有產生靜電的危險。將控制單元連接在導線束上時，控制單元向導線束釋放靜電。此時產生的高電壓可能造成控制單元內的部件損壞或損毀。

4.靜電保護措施

為降低接觸電子部件時存在的靜電放電危險，必須采取必要的措施：工作開始前避免人體和材料產生靜電并按規定對帶電的人體和物體進行靜電放電。為此需要以下輔助工具：①防護服和可導電的工作鞋；

②使用不易產生靜電的工作面(工作臺、桌子等)；③防靜電地板；④接地或可導電的存放位置；⑤將部件存放在原裝包裝內；⑥部件的運輸；⑦部件的處理。

(1)防護服

進行電子部件方面的工作時，必須穿防靜電防護服(圖44)。這樣可以大大降低人體產生靜電的風險。防護服包括寶馬固定的工作上衣、工作褲和帶有可導電鞋底的工作鞋。工作服材料應有較高的含棉量(＞50%)。

圖44 ESD工作服

(2)帶有接地點的工作臺

工作臺的工作面應采用沒有噴漆的木制材料決不能使用PVC或金屬作為工作面材料。工作臺的金屬部件必須接地。與防靜電墊接地導線連接的接地點必須牢固連接到地上。接地點必須與一個已接地水管或暖氣管的純金屬部位連接。也可以用一個金屬銷釘擰入墻面或地面(不要使用塑料銷釘)。也可以通過專用適配器連接到插座的地線。

(3)防靜電專用工具

如圖45所示，專用工具套件(12 7 192)防靜電墊用于放置電子部件。防靜電墊由可導電的塑料制成。防靜電墊通過一條接地線與接地點連接。腕套通過第二條導線與防靜電墊連接。另有一條導線用于部件外殼接地。

如圖46所示，從包裝中取出部件之前，工作人員必須先戴好腕套，以排除自身靜電。將電子部件放到防靜電工作墊上并接好接地導線。按維修說明更換電子部件。必須遵守ESD保護措施。運輸模塊(圖47)和控制單元時必須注意，只允許裝在原裝包裝內運輸。決不允許將部件置于非防靜電保護包裝的PE袋(聚乙烯)內運輸。

圖45 專用工具套件(12 7192)

圖46 只有佩戴腕套時才能進行工作

圖47 運輸時正確和錯誤的處理方式

(4)防靜電地板

在處置電子部件的房間內必須配備防靜電地板。在鋪有非防靜電地毯的辦公室內產生靜電的危險非常大。因此不應在此進行電子設備方面的工作。

(5)存儲位置和存儲

必須部件置于原裝包裝內和專用容器內，然后放在導電且接地的架子上。更換下來的舊部件(索賠件)也必須置于原裝包裝內存儲，以便日后進行質量檢查能夠確定部件失靈的真正原因。

注意：從包裝中取出時手指不要接觸到插頭線腳或半導體部件。 (未完待續)