六、电磁兼容性(EMV)
为便于理解电磁兼容性,我们首先回忆一下线圈的工作原理。
1.电磁兼容性
如图39所示,每个载流导体周围都有一个电磁场。将电导体缠绕成一个线圈时,就会在线圈内部形成磁力线。磁力线平行分布且密度相同。这种磁场称为均匀磁场。磁力线离开的地方为北极,进入的地方为南极。如果一个电气设备处于线圈附近,则该设备的功能可能会受影响。
电磁兼容性意味着,即使设备位于电磁场中,设备仍能可靠工作。另外也不允许该设备自身产生的电磁场干扰其周围的其他设备。电磁波可能在电路中产生电压或电流。电磁波较轻时可能导致电视出现的干扰噪音,较重可能导致电子设备失灵。为防止干扰心脏起搏器,许多医院禁止使用移动电话。在飞机上也禁止使用移动电话。即使在车辆中(从1995年款起),也只有按制造商规定安装了外部天线后才允许使用移动电话。
电磁场不一定仅存在于电气设备内部,它也可能扩展到电气设备外。这意味着电磁场可能侵入其他电气设备内并影响其功能。尤其是用于无线电通信的电气设备(例如移动电话或无线电接收设备),这些设备需要发射电磁场(移动电话)或电磁场侵入(无线电接收设备,移动电话)。
除了移动电话和收音机外,现代车辆中还安装了其他无线电接收设备,例如导航系统、带有无线电遥控器的中央门锁、电视接收器等。因此车辆中的抗无线电干扰显得越来越重要。
开发和设计车辆电气组件时,已经考虑到电气组件必须满足有关电磁兼容性的规定和标准。例如,控制单元通常安装在金属外壳内。因此一方面可以使外部电磁场无法或几乎无法侵入控制单元内部。另一方面也可以使控制单元产生的向外辐射降至最低。此外还有其他措施,例如导线屏蔽或双绞线(K-CAN)。双绞线能够降低导线之间的相互影响。在此使用线圈和
电容器作为针对电机的抗干扰元件。
2.静电放电ESD
随着人们对舒适性和功能性要求的不断提高,电子组件的数量也在不断增加。由于将多个控制单元和模块集成到一个部件内,例如车辆通信计算机内,因此将来只需更换各电子部件。更换电子组件时必须特别注意静电放电ESD(Electronic Static Discharge),静电放电ESD警告提示牌如图40所示。不遵守安全规定可能会造成车辆内其他电子组件损坏。静电放电ESD(Electronic Static Discharge)是由于电势差突然间补偿而产生的。
3.电磁兼容物理学基础
(1)静电电荷的产生
每种材料都包含电荷载体。如果两个物体相互摩擦,则两个物体表面的许多部位同时接触和分离。接触过程中自由电荷载体(电子)从一个物体表面转移到另一个物体上,由于分离过程造成电子无法补偿,因此物体表面产生静电。
每个静电荷都有进行补偿的趋势。但是其前提是电流能够流动。一个导体接地后会立即补偿其电荷。如果一个导体带有绝缘层或物体不导电,则电荷可以保持较长时间。
静电电荷可以通过摩擦(两个材料接触和分离)或感应(电磁场影响材料)过程产生。静电电荷也可以通过以下情况产生。
①在绝缘地板材料上行走时;
②从椅子上站起时;
③通过喷气发动机排气;
④通过空气与车辆摩擦;
⑤接触塑料材料时;
⑥从塑料套中取出纸张时。
(2)摩擦产生静电电荷
接触过程中,原本为电中性的材料释放电子(正电荷)或得到电子(负电荷)。根据材料情况,与地电势相比电荷可以为正或为负。物体分离后电子无法迅速通过绝缘体返回并滞留在一侧。多次反复接触和分离时电压升高。
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