汽车电子产品沿电源线瞬态传导发射试验新要点与实例分析-中国口岸科学技术-2022年11期

汽车电子产品沿电源线瞬态传导发射试验新要点与实例分析

作者：刘成申恒唐怡莹

刘成申恒唐怡莹

随着科学技术的发展，车载电子产品的种类也日益增多，各类电子器件被广泛应用于汽车供电系统、车身控制、无线通讯及娱乐系统中，对汽车的安全性、舒适性和智能化都起着决定性的作用。然而，伴随着使用车载电子器件数量的增多，车内电磁环境兼容性问题随即显现，严重时会导致汽车部分功能的丧失，例如：收听车载广播电台致使GPS导航系统定位不准确；因受雷雨天气干扰，倒车雷达未报警导致车辆刮蹭等。这些问题会影响驾乘人员的用户体验，有的甚至会威胁到驾乘人员的生命安全。针对上述情况，世界各国及地区对汽车电子产品的电磁兼容性进行了深入研究，并陆续制定了相应的标准或法规。

我国是汽车零配件的进出口大国。据海关总署统计，2021年我国出口汽车零配件金额达4883.9亿人民币，同比增长25.0%^[1]；同期进口汽车零配件金额达2437.2亿人民币，同比增长8.4%^[2]。以汽车电子产品为代表的汽车零配件，无论是在国际市场还是在国内市场，都处于高速增长期^[3]。我国制定电磁兼容标准起步较晚，且大多数是引用国际标准，国内相关研究也较少。本文针对2022年7月1日正式实施的新版GB/T 21437.2-2021《道路车辆电气/电子部件对传导和耦合引起的电骚扰试验方法第2部分：沿电源线的电瞬态传导发射和抗扰性》^[4]中汽车电子产品沿电源线的瞬态传导发射试验项目进行研究，比对了新旧版本标准的差异，并给出了汽车电子产品沿电源线的瞬态传导发射测试实例，分析影响测试结果的主要因素，旨在为国内检测实验室和相关进出口企业评估产品市场准入的符合性提供参考。

1 瞬态传导发射试验

传导发射试验，也被称为骚扰电压试验，目的在于测试产品对接入电网的电磁干扰，有电源线、控制线、信号线的产品都会涉及，包括直流供电产品，通常用骚扰电压或骚扰电流的限值来限定产品。汽车的电磁环境非常复杂，车内供电系统产生的电磁骚扰，使用车载电子产品过程中产生的瞬变电压，控制电路中元器件开断瞬间产生的电火花和电弧等，都有可能影响车上其他设备的正常工作。据相关研究发现，车内电磁骚扰源主要有点火装置、发电机、电动机、开关、继电器及通信模块等电子设备或器件^[5]。针对上述含有感性负载和通过机械或电子开关驱动感性负载的电子设备或器件，GB/T 21437.2规定了被测产品沿电源线的瞬态传导发射试验的要求和方法。与旧版标准GB/T 21437.2-2008《道路车辆由传导和耦合引起的电骚扰第2部分：沿电源线的电瞬态传导》相比，新版标准GB/T 21437.2-2021进一步明确了试验设备、试验布局、试验限值3个技术要点的要求。

1.1 试验设备

新版标准GB/T 21437.2-2021统一了发电机和电池系统供电电压的数值，并优化了电子开关的参数设置。沿电源线的瞬态传导发射试验设备及要求见表1。

表1 沿电源线的瞬态传导发射试验设备及要求

Table 1 Test instruments and requirements of electrical transient conduction along supply lines

试验设备	设备要求
人工网络	代替车辆线束的阻抗，推荐使用5 μH/50 Ω人工电源网络。
并联电阻RS	模拟与被测产品并联车辆的其他电气装置的等效电阻。在没有任何明确规定时，应取RS＝40 Ω。模拟最恶劣情况时，可将RS断开。
开关S	影响瞬态骚扰特性，必须使用复现性较好的开关，推荐使用电子开关。和旧版标准相比，开关在25 A时，电压降由≤1 V放宽至≤2 V，且新增了切换时间为（300±60）ns。
电源	当使用稳压电源模拟电池时，应保证电池的低内阻。交/直流供电系统均需达到规定的供电电压，分别为（13.5±0.5）V和（27±1）V。
示波器	最好使用数字示波器，单通道扫描采样频率至少2 GHz/s，输入阻抗至少1 MΩ（DC），输入灵敏度至少5 mV/刻度^[6]。
电压探头	——输入阻抗：至少1 MΩ（DC）。

1.2 试验布局

按照表2布局沿电源线的瞬态传导发射试验^[4]。比对新旧版本标准试验布局的差异可以发现，新版标准的布局要求更能模拟汽车内现实环境。另外，新版标准进行瞬态传导发射快脉冲试验时，区分了被测产品有无内部开关的情况。电源通断产生的瞬态电压，应在被测产品稳定工作的状态下进行。慢脉冲试验和快脉冲试验（被测产品无内部开关）在开关S通断时测量；快脉冲试验（被测产品有内部开关）在内部开关通断时测量（不需要开关S）。

表2 沿电源线的瞬态传导发射试验布局及要求

Table 2 Test set-up and requirements of electrical transient conduction along supply lines

试验设备	布局要求
被测产品	被测产品应放置在接地平板上方（50±5）mm的绝缘材料上。
人工网络	在测量慢脉冲时，人工网络与电源之间的连线长度＜500 mm；在测量快脉冲时，人工网络与电源之间的连线长度为（200±50）mm。人工网络与接地平板之间的连接线长度＜100 mm。（与旧版标准中布局要求不同）
开关S	在测量慢脉冲时，开关S放置在人工网络与电源之间，与人工网络之间的连线长度＜500 mm；在测量快脉冲时，开关S放置在被测产品（无内部开关）与人工网络之间，与人工网络之间的连线长度为（100±25）mm。（与旧版标准中布局要求不同）
电压探头	使用电压探头进行测量时，应尽可能将其连接至靠近被测产品的接线端。
测量线束	所有连接线束均应放置在接地平板上方（50±5）mm处。

调节示波器的采样频率和设置合适的触发电平，显示完整的瞬态电压波形，并具有足够高的分辨率以显示瞬态电压的最大正负值部分。当瞬态电压波形参数满足示波器设置的触发条件时，示波器停止采样，此时记录瞬态电压波形的其他参数，包括上升时间、下降时间和波形持续宽度等。除非产品标准中另有规定，一般情况应采集不少于10个瞬态电压波形进行试验结果符合性判定。

1.3 试验限值

与旧版标准的限值要求不同，新版标准细分了快慢脉冲的限值，分别给出了瞬态传导发射的正脉冲上限值和负脉冲下限值，见表3和表4。

2 测试实例

本文以EM TEST公司的电压模拟器VDS 200 N50、人工网络AN200N100、电子开关BS200N100、电阻RS-BOX和Agilent公司的示波器DSO6102A组成的测试系统为例，分析汽车电子产品沿电源线瞬态传导发射的测量不确定度，找出影响测试结果的主要因素。瞬态传导发射试验测试实例布局如图1所示。

表3 12 V系统分级限值

Table 3 Limits for the classification of 12 V system

脉冲幅度	严酷等级Ⅰ ～Ⅳ的限值 (V)
脉冲幅度	Ⅰ/Ⅱ	Ⅲ	Ⅳ
正慢脉冲	+25	+37	+75
负慢脉冲	-50	-75	-100
正快脉冲	+50	+75	+100
负快脉冲	-75	-112	-150

表4 24 V系统分级限值

Table 4 Limits for the classification of 24 V system

脉冲幅度	严酷等级Ⅰ ～Ⅳ的限值 (V)
脉冲幅度	Ⅰ/Ⅱ	Ⅲ	Ⅳ
正慢脉冲	+25	+37	+75
负慢脉冲	-100	-150	-200
正快脉冲	+100	+150	+200
负快脉冲	-100	-150	-200

图1 瞬态传导发射试验测试实例布局图

Fig.1 Example test set-up of electrical transient conduction along supply lines

根据GB/T 27418-2017《测量不确定度评定和表示》^[7]，测量瞬态传导骚扰电压V的不确定度是由外部来源引入测量过程的量。因此，V的数学模型可以写成如下公式：

(1)

式（1）中，为不同试验设备引入测量过程的不确定度分量，根据校准参数或概率分布计算可得，结果见表5^[8-9]。

从不确定度贡献量来看，影响瞬态传导发射测量结果的最主要因素是电子开关响应特性和示波器精度。选购兼容性较好的同一品牌试验设备和规范试验人员操作规程，可以有效控制测试系统引入的不确定度各分量，以便提高测量结果的准确性。

3 结语

随着国内外汽车产业的蓬勃发展，消费者对汽车的选购要求不仅仅停留在安全性能，对驾乘舒适性、便利化的要求也不断提高。伴随车载无线信息技术的推陈出新，如导航、蓝牙、数字电视、无钥匙进入、4G/5G通信、车联网等，汽车成为一个随时随地由无线网络连接的移动基站，汽车生产企业对其零部件供应商的要求也会加强电磁兼容性方面的考核。近几年，国内汽车电子产品电磁兼容性检测与认证工作正在逐步完善，中国质量认证中心也逐步推广汽车电子标识认证服务，对提高国内汽车电子产品电磁兼容性能的整体水平有着重要意义。这也将敦促汽车生产企业和检测实验室加强研究，推动我国汽车电子产品跟上国际领先技术水平的步伐，对破除国际贸易中的技术壁垒有着积极促进作用^[10]。此外，在新能源汽车领域，结合中国汽车产业的自身特点，进一步完善我国汽车电子产品标准体系，让电磁兼容符合性评价成为产品市场准入中的重要一环^[11]。

参考文献

[1] 中华人民共和国海关总署. 2021年12月全国出口重点商品量值表（人民币值）[EB/OL]. http://www.customs.gov.cn/customs/302249/zfxxgk/2799825/302274/302275/4122193/index.html. 2022-01-14.

[2]中华人民共和国海关总署. 2021年12月全国进口重点商品量值表（人民币值）[EB/OL]. http://www.customs.gov.cn/customs/302249/zfxxgk/2799825/302274/302275/4122175/index.html. 2022-01-14.

[3]东方财富网. 2021年中国汽车零部件销售收入、投融资现状及进出口情况分析[EB/OL]. https://caifuhao.eastmoney.com/news/20220525105553196417490. 2022-05-25.

[4] GB/T 21437.2-2021 道路车辆电气/电子部件对传导和耦合引起的电骚扰试验方法第2部分：沿电源线的电瞬态传导发射和抗扰性[S]. 北京: 中国标准出版社, 2021.

[5]李铁华, 朱文立. 汽车电磁环境分析与GB/T 21437.2-2008标准测试技术探讨[R]. 2010中国电子学会可靠性分会第十五届可靠性学术年会, 2010.

[6] GB/T 22630-2008 车载音视频设备电磁兼容性要求和测量方法[S]. 北京: 中国标准出版社, 2008.

[7] GB/T 27418-2017 测量不确定度评定和表示[S]. 北京: 中国标准出版社, 2017.

[8] ISO/IEC GUIDE 98-4:2012 Uncertainty of measurement-Part 4: Role of measurement uncertainty in conformity assessment[S]. 北京: 中国标准出版社, 2012.

[9]李子琦, 陈鼎, 王金耀. 电子电器产品插头放电测量不确定度评定[J]. 中国口岸科学技术, 2022, 4(3): 35-38.

[10]王盛. 技术性贸易壁垒对我国电子产品出口的影响[D]. 上海: 华东师范大学, 2018.

[11]王铮. 汽车电子产品EMC认证研究[J]. 安全与电磁兼容, 2010(5): 9-11.

第一作者：刘成（1986—），男，汉族，上海，本科，高级工程师，主要从事机电产品检验及鉴定工作，E-mail: shadow109@163.com

1. 上海海关机电产品检测技术中心上海 200135

1. Technical Center for Mechanical and Electrical Product Inspection and Testing of Shanghai Customs District, Shanghai 200135

表5 测量不确定度分量汇总表

Table 5 Summary of measurement uncertainty components

	测量不确定度分量	标准不确定度	灵敏度系数	不确定度贡献量
1	稳压电源输出电压	V	1	0.23
2	人工网络插入损耗	V	1	0.12
3	示波器电压探头传输阻抗	V	1	0.18
4	示波器读数	V	1	0.33
5	电子开关脉冲幅度响应	V	1	0.71
6	线缆损耗	V	1	0.25
		合成标准不确定度	0.78 V
		扩展不确定度	1.56 V