电磁兼容EMC测试方法

电磁兼容EMC测试方法

车辆电磁兼容性（Electromagnetic Compatibility， EMC）问题主要由内部电子设备、外部环境以及不同系统间的电磁干扰（EMI）引起。电磁兼容性包括两个方面：设备本身不产生过多的电磁干扰（EMI），同时也能抵抗外界的干扰。所以，来源可能分为内部和外部。内部的话，车辆内部的电子部件，比如电机、ECU、各种传感器和执行器，可能都是干扰源。外部的话，比如雷击、其他车辆的干扰，或者充电时的电网波动。

电磁兼容主要来源

1、车辆内部电子系统

• 电机与控制器

  驱动电机（尤其是电动车）：高频PWM（脉宽调制）信号和快速切换的功率器件（如IGBT、MOSFET）会产生高频电磁噪声。

  辅助电机（如空调压缩机、水泵）：电机换向时可能引发瞬态电压尖峰。

• 动力电池与充电系统

  高压电池组：充放电过程中的大电流变化导致传导干扰和磁场辐射。

  车载充电机（OBC）：开关电源拓扑（如LLC谐振电路）产生高频谐波和共模噪声。

• 点火系统（燃油车）

  火花塞：点火线圈放电时产生瞬态高压（可达数万伏），通过导线辐射电磁脉冲。

• 电子控制单元（ECU）

   微控制器与时钟电路：高频数字信号（如CAN总线）可能通过PCB走线或线束辐射电磁波。

  传感器与执行器：如喷油嘴、节气门电机的开关动作引发瞬态电流波动。

2、高压与功率电子系统

• DC-DC转换器与逆变器

  功率器件（如SiC、GaN）的高频开关导致传导干 扰（差模/共模噪声）和近场辐射。

•  高压线束

  高压线束的寄生电感和电容可能形成谐振回路，放大高频干扰。

•  无线充电系统（电动车）

  电磁场耦合过程中的能量泄漏可能干扰车载电子设备。

3、车载通信与娱乐系统

• 车载网络

  CAN/LIN/FlexRay总线：信号边沿陡峭（如CAN的差分信号）导致高频辐射。

  以太网与车载信息娱乐系统：高速信号（如LVDS）可能通过线束耦合干扰。

• 无线通信模块

  蓝牙/Wi-Fi/5G天线：发射功率可能影响敏感设备（如雷达、传感器）。

  GPS与卫星导航：接收端易受车内其他高频噪声干扰。

• 音响与显示屏

  音频功放的开关电源噪声可能通过电源线传导至其他系统。

4、外部环境干扰

• 充电基础设施

  公共充电桩的电网谐波或接地不良可能通过充电电缆引入传导干扰。

• 雷电与静电放电（ESD）

  雷击产生的瞬态电磁脉冲可能通过车身或线束耦合进入电子系统。

  人体静电放电（如接触车门）可能损坏敏感IC。

• 外部电磁场源

  高压输电线、广播发射塔、其他车辆（如大功率卡车）的辐射干扰。

5、机械与电气耦合路径

• 传导路径

  电源线、信号线、接地回路中的共阻抗耦合（如地弹噪声）。

• 辐射路径

  线束作为天线辐射电磁波（如非屏蔽线束在30MHz~1GHz频段易辐射）。

• 电容与电感耦合

  高压部件与低压线束间的寄生电容耦合（如电机与CAN线并行布置）。

6、特殊工况下的干扰

• 再生制动

  能量回收时大电流突变导致电源波动。

• 急加速/减速

  电机控制器负载剧烈变化引发瞬态干扰。

• 高温/低温

  温度变化可能影响电子器件的EMC特性（如电容滤波性能下降）。

车辆元件EMI、EMS测试方法

车辆电磁兼容性（EMC）测试是验证车辆及其电子系统在电磁环境中正常运行且互不干扰的关键手段。测试方法需覆盖电磁干扰（EMI）发射测试和电磁抗扰度（EMS）测试两大类，并遵循国际标准（如ISO、CISPR、GB等）

1、EMC测试标准

2、EMC测试场景

1、开阔试验场：开阔试验场是无反射物的椭圆形平坦场地目前很难找到符合要求的开阔场地

开阔场一直被国际公认为是科学的、合理的和最理想的，并被规定为最后判定的依据。

2、屏蔽室：钢结构，屏蔽室主要的作用在隔于离外界电磁干扰；可以用于测试BCI，CE等

3、电波暗室：经过屏蔽设计的六面盒体，在其内部覆盖有电磁波吸波材料，但地板使用导电地板，不覆盖吸波材料，开阔试验场的代替场地，符合开阔试验场的基本特征，用于测量RE，RI等。

3、测试方法

一、电磁干扰（EMI）发射测试

目的：评估车辆或零部件是否产生超出限值的电磁噪声。

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传导发射测试（Conducted Emissions）

• 测试对象：电源线、信号线等传导路径上的干扰。

• 测试方法：

  电压法：使用线路阻抗稳定网络（LISN）测量电源线上的噪声电压（频率范围：150kHz~30MHz）。

  电流法：用电流探头测量线束中的干扰电流（如高压线束的共模噪声）。

•  标准示例：

  CISPR 25（零部件传导发射）。

  GB/T 18655（中国汽车电磁兼容性标准）。

2、发射测试（Radiated Emissions）

• 测试对象：车辆或零部件通过空间辐射的电磁波。

• 测试方法：

  电波暗室法：在电波暗室中使用天线和接收机测量辐射场强（频率范围：30MHz~1GHz，部分扩展至6GHz）。

  TEM小室/GTEM小室：用于小型零部件的近场辐射测试。

• 关键设备：宽带天线、频谱分析仪、接收机。

• 标准示例：

  CISPR 25（整车和零部件辐射发射）。

  ISO 11451-2（整车辐射发射测试）。

二、电磁抗扰度（EMS）测试

目的：验证车辆或零部件在外部电磁干扰下的功能稳定性。

1、 辐射抗扰度测试（Radiated Immunity）

• 测试对象：车辆或零部件对空间电磁场的抗干扰能力。

• 辐射抗扰度测试主要设备：

  EMI测量接收机；双锥对数天线；环形场强测试系统；双脊波导喇叭天线；高、低频前置预防。最大400V/200A AC；110V/100A DC

• 测试方法：

  电波暗室法：通过天线向被测设备发射特定强度的电磁场（频率范围：80MHz~6GHz）。

  大电流注入（BCI）：通过电流探头向线束注入干扰信号（频率范围：1MHz~400MHz）。

• 干扰类型：连续波（CW）、调制波（AM/FM）、脉冲干扰。

• 标准示例：

  ISO 11452-2（零部件辐射抗扰度）。

  ISO 11451-1（整车辐射抗扰度）。

2、传导抗扰度测试（Conducted Immunity）

• 测试对象：电源线、信号线等传导路径的抗干扰能力。

• 传导抗扰度测试项目主要设备：

  信号源、功率探头、功率计、电磁钳、以及各种规格的耦合去耦网络，如CDN M系列，CDN T/AF/S系列等；

  测试频率：9kHz-23MHz；测试等级：15V r.m.s

•  测试方法：

  直接电源注入（DPI）：通过耦合网络向电源线注入干扰。

  容性/感性耦合：模拟瞬态干扰（如抛负载、快速脉冲群EFT/Burst）。

• 典型干扰波形：

  脉冲群（EFT/Burst）：5/50ns脉冲，重复频率5kHz。

  浪涌（Surge）：模拟雷击（1.2/50μs电压波，8/20μs电流波）。

• 标准示例：

  ISO 7637-2（道路车辆传导瞬态干扰测试）。ISO 11452-4（大电流注入法）。

3、静电放电（ESD）测试

   

• 测试对象：车辆电子设备对静电放电的耐受能力。

• 静电放电测试项目主要设备：

  三把静电放电测试仪（最大放电电压：30kV，适用于普通产品及汽车零部件产品）、水平/垂直耦合板;

• 测试方法：

  接触放电：直接对金属部件放电（电压范围：±2kV~±15kV）。

  空气放电：对非导电表面放电（电压范围：±2kV~±25kV）。

• 标准示例：

  ISO 10605（车辆ESD测试标准）。

  GB/T 19951（中国汽车静电放电标准）。

4、磁场抗扰度测试

• 测试对象：对低频磁场（如电机、充电桩）的抗干扰能力。

• 磁场抗扰度测试项目主要设备：

  磁场线圈（脉冲磁场:最大1000 A/m; 工频磁场:最大1000 A/m 长期; 阻尼振荡磁场 :最大100 A/m）

• 测试方法：

  使用亥姆霍兹线圈生成均匀磁场（频率范围：1Hz~1MHz）。

• 标准示例：ISO 11452-8（磁场抗扰度测试）。

三、特殊测试场景

1、整车EMC测试

• 测试项目：

  车辆在运行状态（加速、制动、充电）下的辐射和传导干扰。

  车辆对外部干扰（如广播、雷达）的敏感度。

• 测试环境：

  整车电波暗室（配备转鼓测功机模拟行驶工况）。

  实际道路测试（验证复杂电磁环境下的性能）。

2、高压系统测试（电动车专用）

• 测试重点：

  高压电池充放电时的传导干扰（如DC 150kHz~30MHz）。

  逆变器/电机系统的高频辐射（如SiC器件开关噪声）。

• 标准示例：

  CISPR 36（电动车高压系统EMC要求）。

3、车载通信系统测试

• 测试内容：

  车载以太网、CAN FD的抗干扰能力。

  5G/V2X通信与其他系统的共存性测试。

• 方法：

  使用信号发生器模拟通信频段干扰（如2.4GHz Wi-Fi与车载雷达的互扰测试）。

来源：新能源汽车电控开发与测试

作者：王小奎