汽車LED車燈驅(qū)動的電磁兼容研究

敖卓強

摘 要：目前汽車LED車燈在為汽車制造行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，同時也面臨著新的挑戰(zhàn)。隨著汽車工業(yè)朝著智能化、電動化、共享化以及網(wǎng)聯(lián)化的方向發(fā)展，汽車制造中所采用的電子設(shè)備也在不斷增加，其在正常運轉(zhuǎn)時會形成強烈的電磁干擾，對其他電子設(shè)備的正常工作造成不利影響，甚至導(dǎo)致部分設(shè)備出現(xiàn)失靈的狀況，使行車風(fēng)險大幅度增加。其中對汽車LED車燈驅(qū)動所造成的電磁干擾問題受到廣泛關(guān)注。本文就目前汽車電子設(shè)備的EMC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，以及車燈LED驅(qū)動電磁干擾的形成機(jī)理及抑制措施進(jìn)行分析和探討。

關(guān)鍵詞：汽車LED車燈;電磁干擾;抑制措施

0 引言

目前汽車行業(yè)的快速發(fā)展，極大地提高了汽車燈具在汽車安全領(lǐng)域中所占據(jù)的地位，特別是在夜間行車時，車燈的使用效果越來越受到廣泛關(guān)注，其質(zhì)量好壞直接影響著駕駛?cè)藛T、行人以及來往車輛的安全。隨著LED照明技術(shù)發(fā)展，其生產(chǎn)成本在不斷降低，并具有燈泡體積小、使用壽命長、響應(yīng)時間快、能耗低、造型設(shè)計靈活等優(yōu)勢，在汽車生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，并成為汽車照明的首選。因此對汽車LED車燈驅(qū)動所造成的電磁干擾問題加強研究勢在必行。

1 汽車EMC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范概述

目前汽車電子零部件產(chǎn)品的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)及種類較多，就我國而言，汽車EMC標(biāo)準(zhǔn)主要是依據(jù)等同或者對國際及其他地區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行部分修改，針對車輛內(nèi)部零部件的無線電干擾特性等制定的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，其中通過加強LED車燈設(shè)計，使電磁干擾問題得以有效解決，確保其符合相關(guān)EMC標(biāo)準(zhǔn)[1]。另外各標(biāo)準(zhǔn)體系之間應(yīng)進(jìn)行相互參考、相互對應(yīng)以及相互補充，同時也并非完全等同，并且在測試要求及測試方法方面也存在一定的差異性，因此通常整車生產(chǎn)廠家需要根據(jù)國際通用標(biāo)準(zhǔn)，制定比通用標(biāo)準(zhǔn)更嚴(yán)格的自身EMC標(biāo)準(zhǔn)。

2 車燈LED驅(qū)動電磁干擾形成機(jī)理及相關(guān)抑制措施

電磁干擾三要素為干擾源、傳輸路徑和敏感設(shè)備，通常來說，電磁干擾現(xiàn)象的發(fā)生，離不開任何一個因素，電磁干擾現(xiàn)象都不會發(fā)生。對于LED驅(qū)動設(shè)計來說，要滿足汽車行業(yè)的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)，需要從干擾源和傳輸路徑兩方面去解決。

LED驅(qū)動主要因開關(guān)管MOS、驅(qū)動芯片IC、PCB走線高速信號輻射以及輸出二極管的反向恢復(fù)等導(dǎo)致干擾現(xiàn)象出現(xiàn)。在LED開關(guān)控制驅(qū)動器中，在驅(qū)動IC輸出驅(qū)動信號作用下，開關(guān)MOS管以1MHz左右的頻率進(jìn)行高速接通或中斷，并驅(qū)動IC以100kHz左右進(jìn)行電壓調(diào)整，在整個驅(qū)動電路回路中會產(chǎn)生高速的dv/dt、di/dt以及高次諧波。

針對因開關(guān)MOS管和驅(qū)動IC所產(chǎn)生的干擾問題，可采取以下措施進(jìn)行解決：開關(guān)MOS管在開關(guān)控制LED驅(qū)動器中，因為上述原因會產(chǎn)生高次諧波及高速di/dt、dv/dt時，會因某前照燈打開而導(dǎo)致車載收音機(jī)FM頻段中出現(xiàn)噪聲，其形成原因主要來自于車燈驅(qū)動中的MOS管高速開關(guān)所產(chǎn)生的高輻射所帶來的干擾噪聲，并被車載收音機(jī)所接收。在MOS管高速開關(guān)進(jìn)行動作時，一旦出現(xiàn)電阻增大，可減小MOS管開關(guān)的dv/dt，使電壓上升斜率減緩，從而使電磁干擾降低。同時還應(yīng)對MOS管損耗增加予以關(guān)注，此操作會使MOS管的溫度上升，因此需要對EMC與熱損耗進(jìn)行仔細(xì)權(quán)衡。而在驅(qū)動IC輸出開關(guān)工作頻率，需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換成直流平整DC電壓，此操作需增加對應(yīng)濾波形式電路及相關(guān)串聯(lián)電感形式進(jìn)行諧波抑制，保證電路供電電壓直流平整，無諧波峰出現(xiàn)造成電路干擾。

針對輸出整流二極管產(chǎn)生的干擾問題，可采用以下措施進(jìn)行解決：通常轉(zhuǎn)換效率較高的DC/DC結(jié)構(gòu)會應(yīng)用于遠(yuǎn)近光驅(qū)動中，輸出端中包括了整流二極管VD，在其開關(guān)打開或關(guān)閉過程中，會在其兩端形成正負(fù)交替變化電壓，如兩端通入正向電壓時，二極管導(dǎo)通，如通入電壓瞬間出現(xiàn)反向，則二極管上的電流也突然反向，之后開始變小，形成反向截止?fàn)顟B(tài)，即二極管反向恢復(fù)現(xiàn)象。因電流下降并不會立即變?yōu)榱?，所以反向恢?fù)時間會產(chǎn)生振蕩尖峰。為了有效解決干擾問題，應(yīng)從干擾源入手，在二極管兩端對電阻A和電容C進(jìn)行并聯(lián)，構(gòu)成阻容吸收電路，并在二極管反向恢復(fù)瞬間，對反向恢復(fù)時的電流峰值進(jìn)行抑制，同時所產(chǎn)生的緩沖吸收效果也存在差異性，通常電阻值越大，導(dǎo)致吸收效果越差。另外吸收回路主要起到抑制電路中干擾噪聲的作用，并以熱能的方式將這部分能量消耗掉，能夠通過低成本的方式，從根本上使EMC干擾減小。

3 汽車LED車燈驅(qū)動的電磁干擾傳輸路徑抑制措施

在電磁干擾產(chǎn)生時，還需要借助相應(yīng)的媒介進(jìn)行傳播，其中干擾噪聲主要借助于地線、電源線、信號線等，對其他設(shè)備造成影響，即主要為傳導(dǎo)方式;而由電壓電流變化所產(chǎn)生的電磁波，通過空間傳播的方式對其他設(shè)備造成影響，即為輻射方式。針對上述兩種傳輸路徑，可采取以下的抑制措施：

3.1 傳導(dǎo)

因干擾主要利用線束進(jìn)行傳播，在車體線束與汽車LED驅(qū)動之間應(yīng)采取有效隔離措施，從而使LED驅(qū)動所產(chǎn)生的干擾無法通過線束進(jìn)行傳播。其中通過EMI濾波技術(shù)的應(yīng)用，能夠使抑制傳導(dǎo)干擾取得明顯的成效。抑制傳導(dǎo)干擾主要通過在驅(qū)動輸入端進(jìn)行EMI濾波器的接入，從源頭上對電磁干擾進(jìn)行抑制。

3.2 輻射

電磁波的傳播媒介主要為空氣，能夠?qū)⑵嘗ED驅(qū)動所產(chǎn)生的電磁波進(jìn)行輻射，同時也能接受來自外界電磁波輻射，并將其耦合至驅(qū)動線路上。針對此現(xiàn)象，可采用于屏蔽的方式，有效避免輻射干擾。其中屏蔽方式包括了電纜屏蔽、屏蔽罩等。屏蔽罩通常采用馬口鐵、不銹鋼、鍍鋅鐵等材料，因此成本較高。另外屏蔽罩上會存在接縫和開口部位，極容易導(dǎo)致電磁泄露，對屏蔽效果造成影響，因需要在設(shè)計時對開口尺寸加強重視。

4 結(jié)束語

通過從上述兩個方面，對車燈LED驅(qū)動電磁干擾形成機(jī)理進(jìn)行分析，并對相應(yīng)的解決措施進(jìn)行探討，其中包括了電磁干擾源以及傳輸路徑。針對LED車燈驅(qū)動的主要干擾源，即輸出整流二極管、開關(guān)MOS管、驅(qū)動IC以及PCB線路布局產(chǎn)生的電磁輻射等?？衫肕OS管開關(guān)速度減緩、RC、LC吸收電路增加以及PCB走線環(huán)路面積減小等方法對干擾問題予以解決。同時通過相關(guān)測試表明，上述方法能夠?qū)σ欢ǖ碾姶鸥蓴_現(xiàn)象予以消除。

參考文獻(xiàn)：

[1]熊杰飛，侯元濤.汽車LED車燈驅(qū)動的電磁兼容研究[C].2019中國汽車工程學(xué)會年會論文集（4），2019.