避免汽車電子過大電磁干擾
車輛EMC/EMI測試不可或缺

作者: 謝宏周
2009 年 06 月 26 日

執行車輛EMC測試時,由於各種車輛零組件的構造、作動方式、條件、功能特性均不相同,而執行測試的項目、條件等也都不相同,因此各種試驗均有其目的,不同構造特性的零組件可能須要執行不同的EMC測試,以確保功能與品質。本文以國際標準為參考,介紹零組件的標準與量測技術,使能依據該零組件特性選擇適當之測試項目,為撰寫測試計畫時的重要依據。
 



車輛零組件EMC試驗分兩大類
 



車輛零組件EMC試驗的分類共有兩種,其一為電磁相容基本之分類,另一則是和電磁干擾(EMI)測試之分類。
 



依元件特性選擇EMC測試項目
 



一般車輛零組件EMC測試規範包含輻射發射(RE)、傳導發射(CE)、輻射耐受(RI)、傳導耐受(CI)、傳導暫態(Electrical Transient)及靜電放電(ESD)等測試項目(圖1),而不同的測試項目具有不同的測試目的,因此須要依據零組件的組成結構、電氣特性等來規畫適合零組件的測試計畫。於部分車廠廠規中,已將零組件畫分為不同的類別,再依此類別,選擇所需的測試項目,以正確檢測出零組件的特性。


圖1 車輛零組件電磁相容試驗之基本分類




EMI測試為防止車載接收機受干擾



CISPR 25主要目的為保護車輛所搭載之接收機,避免因為車輛上之電裝設備產生過大的電磁擾動,進而影響車載接收機之正常收訊和動作。此測試標準中主要制定三種EMI量測方式,試驗範圍包含調幅(AM)廣播、調頻(FM)廣播及行動服務,其試驗方法如下:
 





整車量測法
試驗頻率範圍從150k~2,500MHz,測試時,測試車輛須位於電波暗室內,測試天線為車輛上原始搭載之接收機天線如2(a)。


圖2 CISPR 25整車/車輛零組件電磁干擾試驗配置





車輛零組件傳導干擾量測法
試驗頻率範圍從150k~108MHz,模擬車上因電源線擾動而影響零組件的正常動作,電磁擾動藉由電源線傳遞,測試時測試件位於隔離室(Shielding Room)內,並經由人工模擬網路(5μH/50Ω)量測其所產生之電磁擾動,測試配置如圖2(b)所示。




車輛零組件輻射干擾量測法
試驗頻率範圍從150k~2,500MHz,模擬車上因電磁波擾動而影響零組件的正常作動,電磁波擾動藉由空氣傳遞,測試時,測試件須位於電波暗室內,並分別由四種量測天線(桿形、雙錐、對數週期和號角天線)組合其完整量測頻段如圖2(c)。 EMI測試方法依照擾動源的特性可區分為傳導發射與輻射發射測試,EMI測試計畫須選定合適的限制值(Limit Line),來限制電裝產品的電磁擾動值,而測試計畫中應使用的限制值,與設定量測接收機之方式,必須了解電磁擾動的特性來規畫。


依國際標準CISPR 25分類,電磁擾動包含寬頻與窄頻擾動兩大類,一般而言,寬頻擾動是指頻寬大於特定量測儀器或接收機的發射,包含點火系統、電動馬達等皆屬之;窄頻發射是指頻寬小於特定量測儀器或接收機的發射,包括微處理器、數位邏輯電路、振盪器、時脈產生器、或顯示器等動作時所產生的擾動為窄頻發射。CISPR 25進行試驗時,須選定適合待測物的限制值,判定全頻帶限制值的程序如圖3所示,分為平均值和峰值、平均值和準峰值兩種分類方式,搭配不同的檢波器和限制值,判定待測物是否合格。


圖3 判定全頻帶限制值之程序



CISPR 25中除了依據電磁擾動源的類別來選擇限制值外,於國際標準CISPR 25中針對EMI測試之限制值區分為五個等級,依據表1零組件準峰值與峰值輻射發射限制值與表2零組件平均值輻射發射限制值,來判定待測件符合之限制值等級。

在車廠廠規中,並不一定同於CISPR 25有干擾限制值等級之分類,可能只有一個限制值等級做為判定依據。

表1 CISPR 25之準峰值與峰值輻射發射限制值



表2 CISPR 25之平均值輻射發射限制值




電磁耐受測試減少元件運作失誤



電磁耐受測試方法包含輻射耐受及傳導耐受測試,模擬車輛零組件可能遭遇之電磁擾動,以確保零組件能於此電磁環境下正常運作。ISO 11452車輛零組件電磁耐受試驗包含有一般通則及電波暗室、橫向電磁波室、大電流注入、導波線、射頻能量直接注入及磁場耐受力等試驗法。




一般通則
主要為定義各種試驗法之條件、功能分類與頻率範圍等。


電波暗室電磁耐受試驗法
本標準規定車輛零組件的免疫力(車外輻射源)之內襯吸波材料屏蔽室法,為待測裝置及其線束(原型或標準試驗線束)在內襯吸波材料屏蔽室內遭受電磁擾動時,其周邊裝置在電波暗室內執行試驗,此嚴酷位準(Severity Level)以測試天線所激發出之輻射電場強度(V/m)表示(表3)。測試時,測試天線之極化使用範圍如圖4所示。其中水平極化為400M~18GHz;垂直極化為80M~18GHz。

表3 電波暗室電磁耐受試驗法試驗位準






圖4 電波暗室電磁耐受試驗法測試配置






橫向電磁波室電磁耐受試驗法
電磁耐受試驗位準如表4所示。TEM Cell是由同軸電纜線演變而來,能在電磁波室內產生均勻的電磁場,對於小型待測物可提供絕佳的測試環境,解決無電波暗室的困擾。利用橫向電磁波室激發出一電磁場,將此測試場強耦合至測試線束和測試件上。為維持橫向電磁波室的均勻場強,及試驗結果的重現性,待測裝置應不大於電磁波室(內部)高度之六分之一,且待測物須置於腔室內之中心,並放置在介電質設備支撐物上(圖5),頻率範圍從10k~200MHz。

表4 橫向電磁波室電磁耐受試驗法試驗位準





圖5 橫向電磁波室電磁耐受試驗法測試配置





大電流注入電磁耐受試驗法
電磁耐受試驗位準如表5所示。模擬車輛上有一電磁場,以電流形式耦合到測試線束上,耦合是藉由人腦電腦介面探測器(BCI Probe)來達成,其中BCI可區分為替代法和閉迴路法兩類。替代法測試時,注入探針與待測件之距離為150毫米、450毫米和750毫米,使用金屬平面之測試桌圖6(a)。閉迴路法測試時,注入探針與待測件距離為900毫米,監控探針與待測件距離為50毫米(圖6(b)),頻率範圍從1M~400MHz。

表5 大電流注入電磁耐受試驗法試驗位準。




圖6 大電流注入電磁耐受試驗法測試配置





導波線電磁耐受試驗法
電磁耐受試驗位準如表6所示。Stripline原理與TEM Cell相似,利用上下金屬板產生均勻的電磁場,但缺點為兩側有電磁波洩漏問題。測試時將此測試場強耦合至測試線束,於測試設備內至配置測試件連結線束,測試件和測試件輔助設備擺置於Stripline外,測試場地須位於電磁波隔離室內(圖7),頻率範圍從10k~400MHz。

表6 導波線電磁耐受試驗法試驗位準





圖7 導波線電磁耐受試驗法測試配置




射頻能量直接注入電磁耐受試驗法
電磁耐受試驗位準如表7所示。測試時利用一寬頻人工網路(BAN)激發出一射頻能量,將此能量直接注入於測試件之接腳上,依測試件之接腳數量個別連結至其相對應之BAN設備之中,測試場地必須至少位於電磁波隔離室內(圖8),其頻率範圍從250k~400MHz。


表7 射頻能量直接注入電磁耐受試驗法試驗位準






圖8 射頻能量直接注入電磁耐受試驗法測試配置





磁場耐受力試驗法
電磁耐受試驗位準如表8所示。模擬鄰近線圈(Coil)所激發出的磁場影響待測物,利用輻射迴圈(Radiating Loop)與赫姆霍茲線圈(Helmholtz Coil)激發出一磁場,將此測試場強耦合至待測物上。測試時,須對待測物三軸向進行試驗,測試場地毋須位於電磁波隔離室內(圖9),頻率範圍從15~150kHz。


表8 磁場耐受力試驗法試驗位準






圖9 磁場耐受力試驗法測試配置



(本文作者任職於財團法人車輛研究測試中心)




參考資料

1. CISPR 25:2008-03, Vehicles, boats, and internal combustion engines-Limits and methods of measurement for the protection of on-board receiver

2. ISO 11452-1:2005-02, Road vehicles–Component test methods for electrical disturbances from narrowband radiated electromagnetic energy–Part 1: General principles and terminology

3. ISO 11452-2:2004-11, Road vehicles–Component test methods for electrical disturbances from narrowband radiated electromagnetic energy-Part 2: Absorber-lined shielded enclosure

4. ISO 11452-3:2001-03, Road vehicles–Component test methods for electrical

disturbances from narrowband radiated electromagnetic energy – Part 3: Transverse electromagnetic (TEM) cell

5. ISO 11452-4:2005-02, Road vehicles–Component test methods for electrical disturbances from narrowband radiated electromagnetic energy-Part 4: Bulk current injection (BCI)

6. ISO 11452-5:2002-04, Road vehicles–Component test methods for electrical disturbances from narrowband radiated electromagnetic energy-Part 5: Stripline

7. ISO 11452-7:2003-11, Road vehicles–Component test methods for electrical disturbances from narrowband radiated electromagnetic energy-Part 7: Direct radio frequency (RF) power injection

8. ISO 11452-8:2007-07, Road vehicles–Component test methods for electrical disturbances from narrowband radiated electromagnetic energy–Part 8: Immunity to magnetic fields

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