了解 EMI 和 EMC 在电动车中的重要性

在这个高速连接和无线通信的世界里，电磁兼容性 (EMC) 的重要性来到了史上新高。EMC 对电池电动车应用尤其重要，因为其动力传动系统会产生极高的瞬变电压 (dV/dt)。

电磁干扰 (EMI) (问题) 和电磁兼容性 (解决方案) 的基本概念在所有应用中都显而易见。深入了解 EMI 和 EMC，对任何汽车工程团队来说都是很重要的课题。车辆网络架构和无线连接的大幅增加，显露出非必要噪声对车辆应用的潜在影响。

电磁场无所不在，每当随时间变化的高频电流流经电线或印刷电路迹线时，磁通线 (H 场) 和电场 (E 场) 就会围绕导电介质。传输到另一条 PCB 迹线或缆线时，这些电磁场便会表现为不需要的讯号或噪声，因而干扰电路的作业。

静电放电 (ESD) 是另一种 EMI 形式，当我们下车或做任何会产生摩擦的动作时都会遇到。ESD 的发生并不规律，而 EMI 则通常持续发生。任何高电压、短持续时间 (高 dV /dt) 的瞬变都可能导致作业不稳定，甚至对敏感电子系统造成永久性损坏。

任何复杂的电子电路都有多个潜在的 EMI 来源，包括时钟、模拟讯号输入线、继电器开关、微控制器接口和 DC/DC 转换器。EMI 可能在产生在的系统以及其他完全不相关的系统中引起问题。EMI 或许定期发生，也可能偶尔发生，因此要找出 EMI 来源相当耗时，需要频谱分析仪等测试设备。

EMI 可经由两种主要方式传输到另一个系统：传导放射或辐射放射。辐射放射通常来自以射频运作的讯号，例如微控制器数据线、时钟和无线收发器。PCB 迹线和互联机 30 MHz 以上就会变成极其有效的天线。

传导放射可能由电感、电容或共同阻抗耦合产生，噪声伪影会干扰其他系统或功能。讯号线之间透过电感或电容耦合产生的串扰是另一个用于描述 EMI 的术语。共同阻抗耦合通常发生在电源轨，来自某一电路功能与负载相关的小电压波动迭加在与其他系统零件共享的电源联机上。 汽车工程师了解电动车内产生的电磁放射的潜在影响

电磁放射的类型

此图显示从来源到接收 (中断) 系统或电路功能不需要的电磁噪声传输。

连网车辆的兴起

现代车辆满载各种互连的电子系统，时尚的信息娱乐显示器和先进驾驶辅助系统 (ADAS) 让我们的公路旅行变得更安全。但车辆内存在许多潜在的 EMI 来源和易受影响的系统，电动车 (EV) 尤其如此，其高功率转换和传动系统功能可能会产生严重的电子干扰，进而影响其他电子控制单元 (ECU)。

电动车具有惊人的快速动态响应速度，有些能在 5 秒内从 0 英里/小时加速到 60 英里/小时。在加速过程中，透过传动系统和相关电路产生的电负载可高达 1,000 安培，并产生数万伏特的瞬间 dV /dt 瞬变。将其与来自用于 ADAS 车道导引的方向盘转动传感器等的低电压讯号相比，如果任何传动系统瞬变干扰到 ADAS ECU，车道导引功能的完整性将受到严重损害。

现代车辆的架构越来越多转向区域式，使用高速网络连接区域和相关的 ECU。

现代车辆中的区域架构

现代车辆利用局域网络架构连接电子控制单元。
(数据源: 安富利)

此外，乘客信息娱乐系统、车对基础架构 (V2X) 和车对车 (V2V) 通讯等无线连接的增加，也增加了 EMI 的可能性。如此多的互连系统配有电敏感处理器和长网络布线，因此更可能产生 EMI 伪影，扰乱及损害车辆的操作。

实现电磁兼容性

电动车的 EMC 有两个关键要点，第一个是关于确保能产生任何形式 EMI 的电路不会传导或放射干扰，第二个则是保护易受 EMI 影响的系统。

未知数是，车辆、驾驶和乘客就算是在短途旅行中也可能遇到许多不同情况。例如，当乘客操作触控装置，使其变成天线而放射非必要的讯号，促使信息娱乐显示器的 EMI 变高，影响其他系统。

EMI 抗扰度已成为车辆测试的一个重要领域，对世界上多数国家/地区来说，符合 EU ECE R10、CISPR 25 或 ISO 11451/2 等标准至关重要。这些标准涵盖了对车辆内外部来源的 EMC 敏感性的规范，同样地，车辆的外部放射也需受到规范。

对于汽车电子工程师来说，有多种既定方法可实现 EMC 合规性。

• 分析及调查 EMI 热点： 配备 H 场和 E 场探棒的频谱分析仪和专业 EMI 接收器可以识别来自 PCB 迹线和主动式装置 (例如开关晶体管、微控制器和无线模块) 的噪声来源。另外也有电路建模和仿真技术等宝贵资源，可使用专业软件来仿真放射和敏感性。

• 实作 EMI 对策： 将噪声伪影缩小到特定组件或功能后，可用的 EMI 抑制措施包括有接地平面、金属屏蔽、被动式滤波器、铁氧体核心和屏蔽互连。对于部分射频敏感和高功率应用，金属垫圈和屏蔽是必要的。同样地，易受 EMI 影响的电路也应加以保护。差分讯号方法因原本即具备 EMI 抗扰能力，因此在许多汽车网络应用中受到广泛采用；然而，保持讯号完整性也至关重要。

含用于测量 EMI 的近场探棒的频谱分析仪

含近场探棒的频谱分析仪测量微控制器板的 EMI。(数据源：Robert Huntley)

• PCB 设计和机械外壳： 精心的 PCB 设计，对 EMC 来说极其重要，专业规划的 PCB 配置和资源可供工程师遵循。尽可能使用金属外壳、屏蔽互连和解耦的电源轨，对于实现必要标准的合规性有很大的帮助。

实现电动车电磁兼容性

要符合国际公认的 EMC 标准没有快捷方式，成功之道始于详尽的工程设计决策和对基本技术的透彻认识。本文介绍了 EMI、ESD 和 EMC 的基本概念，还有一些初步的检查列表项目。