汽車感性器件的危害與控制方法

何筱榮　張小梅

摘 要：汽車電器件中存在許多的感性電器，由于電磁線圈的存在，感性電器斷開瞬間會產生瞬態脈沖電壓，瞬態脈沖電壓對整車電氣系統有較強的干擾，嚴重時會導致汽車功能紊亂或喪失；本文主要描述了瞬態脈沖電壓對車輛造成的常見危害和對瞬態脈沖電壓的控制方法。

關鍵詞：汽車電器；感性負載；瞬態脈沖

1 前言

隨著汽車功能的增加，汽車電機類、電磁閥類等感性器件也不斷增多；由于感性器件內電磁線圈的存在，感性電器在斷開瞬間，容易產生瞬態脈沖電壓[1]，這些瞬態脈沖電壓的存在直接影響車輛的性能品質，嚴重時會導致車輛功能的喪失；本文主要是針對感性電器對車輛易造成的危害及對瞬態脈沖電壓的控制方法進行描述。

2 感性電器

一般把帶有電感參數或線圈的電器，稱為感性電器[2]。感性電器由于內部存在線圈的原因，在電源斷開時，線圈會抑制電流發生變化，為了維持原有的電流，線圈端會產生感應電動勢，電流越大，產生的感應電動勢也越大，如果不加任何抑制，感應電動勢可以達到外部施加電壓的幾十倍[3]，會對回路造成很強的干擾，同時也會以電磁感應的方式對相鄰的回路造成影響[4]。

3 感性電器對汽車的危害

汽車電氣系統存在許多感性電器，例如：雨刮電機、門鎖電機等，感性電器在關斷時產生的瞬態脈沖易對整車造成嚴重的干擾，下面兩個案例列舉了感性電器對整車造成的常見危害。

案例一：某車型門鎖電機瞬態感應電壓過大導致BCM部分功能異常。

車輛門鎖電機由BCM內部電路控制，電機產生的感應電動勢超出BCM所能承受的極限，導致內部電路中的二極管被擊穿，使車輛門鎖功能失效；門鎖電機工作過程關斷瞬間產生的反向電壓脈沖最大值為231V，如圖1所示。

案例二：某車型座椅電機瞬態感應電壓過大導致多媒體受干擾，無法正常工作。

車輛電動座椅電機在關斷瞬間產生的感應脈沖，其中感應脈沖的高頻信號通過輻射的方式耦合至多媒體的線束回路中，使多媒體的天線信號受到干擾，導致多媒體無法正常工作；如圖2所示為座椅電機關斷瞬間產生的瞬態脈沖，脈沖峰值為159V。

4 瞬態脈沖控制方法

由于感性器件的自身特性，感性電器會使汽車電氣環境變得更加復雜，同時也對整車電氣系統設計提出了更大的挑戰。

在汽車電氣系統設計階段，應當從電器設計、零部件管理、線束設計和測試驗證等不同的方面分別采取措施對汽車感性電器產生的瞬態脈沖加以控制，把感性電器的危害降至最低，提升車輛整體性能。

具體采取的控制方法主要有：

（a）抑制感性電器脈沖幅值：在感性電器設計時，在感性線圈的兩端設置并聯回路，用以對電磁線圈所儲存的能量提供一個泄放回路，起到減小線圈瞬變電壓的作用。例如圖3所示，在感性線圈兩端并聯一個壓敏電阻R，負載正常工作時，壓敏電阻R兩端的電壓較小，壓敏電阻處于高阻狀態，當開關K斷開時，壓敏電阻R兩端電壓由于電磁感性的作用會迅速增多，增大到一特定值時，壓敏電阻值急劇變小，使回路導通，起到釋放能量的作用，從而減小感應電壓。

（b）提高電器的抗擾能力：對于BCM、PEPS、EPS等汽車關鍵控制器，應相應提高其抗擾能力的等級，以抵抗車輛感性瞬態電壓的沖擊；可參照ISO 7637-2標準所涉及到的波形對控制器進行抗擾測試，以應對整車復雜的電氣環境。

（c）優化感性電器的布局：可以通過改善感性電器的安裝位置來降低對其他電器的干擾，例如：在對大功率感性負載布置時，應使電器盡量靠近蓄電池或車身，減小線路的電磁輻射；同時對感性電器的接地系統也應合理設計，例如：大功率感性負載應考慮單獨接地、避免感性電器接地點中存在敏感電器（如：收音機等）的接地線束等。

（d）整車感性負載瞬態脈沖驗證測試：在汽車的研發階段，在整車環境下對車輛的感性電器進行測試，驗證感性電器在不同工作狀況下產生的瞬態電壓值是否在設計范圍內。

5 結語

汽車感性電器大約占汽車總電器的20%，汽車設計人員以及整車廠應當重點關注這類電器對整車造成的電壓脈沖干擾，在設計階段采取必要措施進行抑制。

本文在分析感性電器瞬態脈沖產生的機理的基礎上，通過相關實際案例對汽車感性電器瞬態脈沖的危害進行了說明，主要對在汽車電氣設計階段，對如何減少感性瞬態脈沖提出了幾種改進措施，供相關設計及試驗人員參考。

參考文獻：

[1]謝超維.感性負載過電壓及其抑制[J].電器開關2002，3：30-32.

[2]張曉光.切斷感性負載時的電磁兼容性探討[J]電源技術應用.2003，6（12）：692-696.

[3]唐慶.容性負載和感性負載測量方法[J] 實驗技術與管理 2014，31（5）：61-64.

[4]唐炳書.感性負載斷電時電壓的理論分析[J] 連云港職業大學學報1999，39（2）：41-43.