基于Lin Bus 低頻電流法傳導發射超標研究

曹德友， 李郎尼， 李 錢

（溫州長江汽車電子有限公司， 浙江 溫州 325000）

電流法傳導發射 （CCE） 是CISPR 25中關于機動車零部件/模塊的電磁輻射量測量方法之一， 主要通過電流探頭測量線上的電流變化量。

EMI電流探頭是一種卡式電流傳感器， 專門用于測量線上 （單/多根電纜束） 的干擾電流。 測試時只需將它夾在被測線上而不需要與被測源導線導電接觸， 也不用改變其電路。 這樣復雜的導電系統/電子線路等的干擾測量就可以在不打亂其正常工作或正常布置的狀態下進行。 探頭夾在被測線上進行測量時， 被測導線充當變壓器的初級， 次級則包含在電流探頭中。 電流探頭 （次級） 設計為可直接連接到系統的測試儀器上， 如接收機/頻譜儀。 電流探頭附加的屏蔽結構可以測量非對稱 （共模） 干擾電流或對稱 （差模） 干擾電流。

EMI接收機是測量干擾發射的一個主要儀器。 它實質上是一種選頻測量儀， 能將由傳感器輸入的干擾信號中預先設定的頻率分量以一定通頻帶選擇出來， 予以現實和記錄， 連續改變設定頻率便能得到該信號的頻譜。

本次實驗依據SMTC 3800006—2013 電子電器零件、系統電磁兼容測試規范。 被測樣件與模擬負載之間的線束長度為1700mm （+300mm/0mm）， 電流探頭夾在所有線束（除電源線及搭鐵線）， 分別測試距離樣件50mm/750mm位置。

1 系統基礎信息

公司開發的某上中控臺開關電路框圖如圖1所示， 開關與DUT連接示意圖如圖2所示。 EMC測試中輻射發射超標，通過排查鎖定主要因Lin Bus部分超標產生， 產品Lin Bus接口電路見圖3。

圖1 產品電路框圖

圖2 開關與DUT連接示意圖

圖3 LIN接口電路

2 LIN總線低頻電流法傳導發射超標現象

1） 試驗測試1： 頻段500kHz～2MHz， 磁珠FB1 120Ω，C13為220pF， C30不焊接， Load Box負載電容680pF。 分別對每根線進行電流檢測， 數據見表1。 通過測試數據分析，產品以ILL+背光線和Lin Bus總線輻射發射超標為主， 其中Lin Bus線上占比較大， 因而本文主要針對Lin Bus進行分析和研究。

表1 試驗數據1

2） 試驗測試2： 如表2所示， Lin Bus不通信和通信對發射量影響顯著， 通信時發射量顯著增加 （如1組， 2組對比分析）。 通過調整負載端電容從33pF到4.7nF， 對發射量影響顯著， 且容值越大， 發射值越高 （如1組， 3組， 4組，5組對比分析）； Lin Bus上采用π濾波器， 可以微調傳導發射幅值 （如6組， 7組對比分析）。

表2 試驗數據2

圖4 測試數據

圖5 測試數據

圖6 測試數據

圖7 測試數據

圖8 測試數據

圖9 測試數據

圖10 測試數據

3） 試驗測試3： 頻段500kHz～2MHz， 磁珠FB1 120Ω，C13為220pF， C30不焊接， LoadBox負載電容33pF。 調整Lin Bus報文調度周期分別為100ms和300ms， 測試100ms時， 對應PK 最 大 值 為16.40dBuA， 300ms 時， 對 應PK 最 大 值 為11.95dBuA。 因而分析出通過報文調度周期由100ms調整為300ms， 發射量從16.40dBuA降低到11.95dBuA。

3 仿真模擬電路圖

電流探頭是一個寬帶電流互感器， 其核心部分是一個分成兩半環的高磁導率磁芯， 在磁芯上繞有n匝線圈， 放置在一個非磁性的金屬殼體里， 被測電纜穿過磁芯探頭， 在磁芯線圈上感應出電壓， 通過BNC 或 者N 型 連接器輸出到頻譜儀或接收機。 結構模型如圖11所示。

圖11 電流探頭結構模型

根據電流探頭結構模型， 最終在接收機得到的是電流頻域信號， 故在MATLAB的Simulink中建立主從節點信號仿真模擬電路圖 （圖12）， 測量LIN線上電流變化時域信號， 再通過傅里葉變換轉化為頻域信號。

圖12 仿真模擬電路圖

4 仿真電路驗證

在進行LIN線上電流仿真前， 首先要先驗證仿真電路的可靠性。 主要通過用示波器讀取實際電路LIN電壓波形， 再用此仿真電路仿真LIN電壓波形。 對這兩組數據在時域和頻域圖比較。 如圖13所示， 紅色線條為實際測試數據， 藍色線條為仿真數據， 疊加對比電壓波形基本一致， 驗證了仿真電路模擬LIN主從節點傳輸信號的可行性。

圖13 LIN電壓波形仿真和實測比較

5 LIN總線上電流變化仿真

1） 通過設置仿真電路中不同負載電容容值， 對應測試獲得電流時域數據傅里葉變換， 得到頻域數據， 如圖14所示。

圖14 不同負載電容電流變化頻域圖

2） 為避免仿真數據較大， 提升仿真效率， 設定采用時間周期為500ms， 通過控制500ms內報文發送的個數， 來變相模擬報文調度周期 （如500ms， 250ms， 100ms）， 對應測試獲得電流時域數據傅里葉變換， 得到頻域數據， 如圖15所示。

圖15 發送不同個數報文電流變化頻域圖

通過以上頻域數據分析， 仿真數據與實測數據規律一致。

6 結論

通過實物測試和仿真模擬， 獲得初步結論如下。

1） 負載電容從4.7nF向33pF減小時， 對應頻譜信號幅值有明顯的下降， 因此通過調整負載電容容值， 可以明顯改善Lin Bus EMC特性。

2） 通過改變或調整Lin Bus報文調度周期， 可以明顯改善Lin Bus EMC特性； 周期越長， 頻譜幅值越低。

基于以上方法， 提供了一種問題分析思路。 一般Lin Bus產品設計中， 通過調整磁珠FB1、 電容C13、 C30、 負載電容等參數 （細節上需要考慮TVS管節電容）， 結合優化PCB走線都能滿足EMC CCE測試要求。 同時， 產品的設計需要符合諸如SAE_J2602、 客戶LIN物理層規范或圖紙要求，確保設計的產品通過客戶的認可。