摘 要：;汽车电子化、智能化程度不断提高，汽车电磁兼容已成为重要研究课题。发动机ECU电源系统的抗干扰设计对发动机正常稳定工作起着重要作用。本文通过对汽车内部微机控制点火系统、供电系统以及电磁阀、继电器开关等主要干扰源产生的电磁干扰进行了分析，并从辐射干扰和耦合干扰两个方面，依据国家标准GB/T 21437.2—2008的电源线瞬态抗扰度要求，对ECU内主微控制器QADC部分和电源管理芯片L9741的电源系统进行了抗干扰设计，最后进行了电源线抗扰度测试实验研究。
关键词：;电磁兼容; 电源系统; ECU; 抗干扰设计
中图分类号： TG 409
文献标志码： A
Design of Electromagnetic Compatibility for Power System in Engine ECU
XU Jiyang1， WEN Hao2
（1.School of Automotive Engineering， Shanxi Polytechnic Institute， Xianyan， Shanxi 712000， China;
2.Shanxi Academy of Metrology， Xi’an， Shanxi 710065， China）
Abstract：
The level of automotive electronics and intelligence continues to increase， and automotive electromagnetic compatibility has become an important research topic. The anti-interference design of the engine ECU’s power system plays an important role in the normal and stable operation of the engine. This article analyzed the electromagnetic interference generated by the main interference sources such as the computer-controlled ignition system， solenoid valves and relay switches. According to the transient immunity requirements of the national standard GB/T 21437.2-2008 for power lines， in terms of radiated interference and coupled interference， the anti-interference design of the QADC part of the main microcontroller and the power supply system of the power management chip L9741 in the ECU were implemented，Finally， an experimental study on power line immunity test was conducted.
Key words：
electromagnetic compatibility; power system; ECU; anti-jamming design
0 引言
隨着智能技术、网络技术以及电子技术的不断创新，汽车的智能化水平也在不断提高，各种电子控制系统和电子电器设备更加集中的应用在现代汽车上。汽车上的电子零部件成本不断提升，据不完全统计，中高端轿车电子成本已占整车成本可达30%-40%左右，混合动力汽车和纯电动汽车所占比例更高[1]。各种智能化电子产品更加密集的布局在现代汽车的有限空间内，错综复杂的线路连接网络形成了复杂的电磁环境[2]。
发动机电子控制系统ECU在复杂的电磁环境中，对外形成的干扰非常微弱，但容易受到周围其他电磁波的干扰。发动机ECU通过81端口插接件与各种传感器、执行器、电源以及相关线束进行相连接，与外界进行信息交换和通讯，同时也接受外界送来的电磁干扰。ECU由蓄电池或发电机进行供电，电源系统以及电压调节器在工作时都会产生传导和辐射电磁干扰，并通过电源线耦合进入ECU内部。电子高压点火系统初级线圈和次级线圈工作时，瞬间会产生高电压，通过端口线路进行传导干扰，骚扰脉冲形成辐射干扰[3]。同时，ECU端口外连接线路上的容性和感性负载的断开、闭合产生的瞬变电压和瞬变电流，各种无线通讯设备
和静电放电，也会通过电源线耦合进入ECU，干扰发动机电子控制系统的正常工作。因此，为了提高发动机ECU的电磁兼容性能以及其工作的稳定性，必须对其输入电源输入电路进行电磁兼容研究[4]。
国标GB/T 21437.2—2008《道路车辆 由传导和耦合引起的电骚扰 第2部分：沿电源线的电瞬态传导》规定了装配在12 V或24 V供电电源系统的轿车或商用车的电子电器产品电源线瞬态电磁发射测试和抗扰度测试方法与内容[5]。本文依据此标准对进入ECU的QADC电源以及L9741电源管理芯片的持续电源与非持续电源进行了滤波去耦设计。
1 主要干扰源
发动机ECU在复杂的电磁兼容环境中容易受到外界的干扰，尤其是汽车内部干扰源对其影响较大，例如微机控制点火系统、供电系统以及电磁阀、继电器开关等电子控制系统和电子电器组件在工作时都会产生电磁干扰，从而通过进入ECU的电源线耦合传导干扰以及辐射干扰。
1.1 点火系统电磁干扰源
高压电子点火系统是汽车上电气系统最强的电磁骚扰源[6]。当发动机火花塞点火时，初级线圈和次级线圈瞬间产生很强的高压，从而对外分别沿电气线路和周围空间产生很强的传导干扰和辐射干扰。
点火线圈、火花塞以及高压点火线是微机控制点火系统产生电磁骚扰的主要来源，如图1所示[7]。
1.2 供电系统电磁干扰源
蓄电池、发电机以及电压调节器组成汽车电子电器设备的供电系统。在车辆正常行驶中，用电设备的开启和关闭时是根据实际需要的，因此电路中负载在很大范围内变化，导致发电机输出电流因负载的变化而不断变化，从而发电机电枢绕组上产生正向或反向瞬变过电压，对外进行沿导线传导干扰和空间辐射电磁干扰。
1.3 感性负载瞬变电磁干扰源
各种电磁阀、继电器和触点开关等大量感性负载应用于现代汽车电子电器设备工作电路中，在工作电路断开瞬间会产生一种宽频谱与高能量的瞬变骚扰源。模拟感性负载开路瞬变发动机
的等效电路及其反向瞬变脉冲电压波形图[8]，如图2所示。大多数以高幅值的负脉冲接着向低幅值的正脉冲变化，脉冲峰值最高达-300 V，持续时间达300 ms。这种瞬变的脉冲夹杂着丰富的谐波，沿着电源线耦合进入ECU，从而影响电控单元工作的逻辑判断，导致误操作，甚至严重时损坏电子元器件。
电磁阀、继电器和触点开关等触点断开瞬间的火花放电也是汽车的主要干扰源[9]。断开瞬间，电流急剧下降到零，变化率很大，继电器和电磁阀中的电感线圈会产生很高幅值的瞬时电压脉冲;同时伴随有弧光放电，产生频率0.15～150 MHz的辐射骚扰，具有很强的传播距离。
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