2 摩托车电喷系统的电磁兼容性分析与设计
2.1摩托车电喷技术的电磁兼容性分析
电喷系统对周围电磁环境的变化十分敏感,空间电磁场的变化对控制系统均会造成不同程度的干扰。从产生干扰和被干扰的角度可将设备分为3类:1类是本身能产生干扰的骚扰源,但却不受其他干扰的影响,如大功率电力设备、工业高频炉等;第2类设备既是骚扰源,本身又受其他电磁干扰,如各种通讯设备;第3类设备是基本不干扰其他设备,以被干扰为主,如小功率电子设备、单片机应用系统等,这类设备应以防护免受干扰为主。电动摩托车的主控制器没有大功率的器件,本身的电流变化也较小,属第3类,应以抗干扰技术为主。因此,本文所研究的摩托车控制单元(ECU)即为敏感源。
提高控制单元抵抗外界电磁千扰是设计的核心和重点。前面介绍了电控单元的主要核心部件有主控芯片,各种传感器的信号线等均是容易受到外界强电磁干扰的部位。怎么提高其抗干扰能力是电控单元设计和保证摩托车能正常运行和工作的重点,下面介绍一下电控单元电磁兼容的可靠性设计。
2.2 ECU的电磁兼容与可靠性设计
对电控系统而言,发动机是一个强烈的电磁干扰源,其工作环境非常恶劣,不确定性因素多,因此,电子控制系统(ECU)必须具有很高的可靠性和电磁兼容性,才能消除各种干扰的影响。实际上,发动机在运转过程中总是存在干扰的,ECU电磁兼容性能的好坏,决定了电控系统能否可靠运行。因此,为了保证电控单元的可靠运行,控制系统必须在硬件和软件上采取必要的电磁兼容性设计。
2.2.1合理选择布线宽度和间距
集成电路导线最小宽度和间距一般不应小于8 mil,布线密度允许时,适当加宽印制导线及其间距。PCB中导线的载流能力如表1所示,在布线情况允许时,尽量加宽电源、地线宽度,地线、电源线、信号线的关系是:地线>电源线>信号线。
根据表1和PCB厂加工能力,对不同用途的导线选择合适的宽度:信号线采用10~12 mil;驱动电路中,喷油器和油泵所需电流大约为1.5 A,选择20 mil左右的导线;氧传感器加热及点火线圈电流较大,可达3A或者更多,因此选择40 mil以上的线宽;电源线(如传感器电源、芯片电源等)通过电流较小,但为了保证芯片的正常工作,导线阻抗不能过大,因此导线宽度在15.20 mil之间选择。经过测试,所选线宽能够正常工作,没有出现电压不稳或过热现象。
2.2.2合理放置去祸电容
在PCB设计中,去祸电容应尽量放置在器件附近,电源的去藕电容应放置在电源线入口处。所有去祸电容的引脚都应较短。如图3所示,在ECU设计中,合理安排去祸电容的安装位置,使之能够达到理想效果。
2.2.3分区设计
对PCB中的数字部分和模拟部分进行分区是降低信号间的相互干扰的手段。ECU的分区设计如图4所示,ECU大体可以分为模拟区、晶振区、OCDS区、高速数字区和大电流大功率区,并且各分区间均设有地桥连接,能够满足电磁兼容性的要求,从而可以有效减小数字信号对模拟信号的干扰。