ECU的车规级试验：DV试验（十：EMC标准及测试-5）

前言：

本文是《ECU的车规级试验》系列文章合集（点击可查看全部文章）的第十篇。

书接前文，EMC相关知识，包括标准及测试等内容较多，前几篇文章已详细介绍了GB/T 18655标准中关于传导及辐射发射的测试标准及实际的DV测试，本篇将继续介绍GB/T 21437标准，但GB/T 21437这个标准比较复杂，既有传导发射部分，也有讲抗扰的内容。

为便于大家理解，按照前篇的思想，标准的介绍均按照干扰/发射（骚扰）与抗干扰的维度去进行划分，然后逐步讲解。文中所有测试项目均配有真实的DV试验照片，包含测试设备、样品、测试Setup、测试限值及结果判定等，帮助大家对DV试验有一个更深刻的了解和认知。

*注：本文部分内容节选自作者新书《广义车规级电子元器件可靠性设计与开发实践》，由机械工业出版社于2024年6月份出版，节选时进行了改编。本文内容较多，建议大家收藏阅读。

本文目录如下：

1. GB/T 21437标准简介

1.1 GB/T 21437简介

1.2 GB/T 21437.1简介

1.3 GB/T 21437.1介绍

2. GB/T 21437.2介绍

2.1 一般规定

2.2 功能特性状态分类

2.3 功能特性状态

2.4 人工网络AN

3. 电压瞬态发射试验

3.1 关于瞬态传导发射试验的规定

3.2 试验布置

3.3 限值评估

4. 电压瞬态发射试的DV试验

4.1 DV试验要求

4.2 DV试验的布置

4.3 DV试验限值及结果判定

#01

GB/T 21437标准简介

1.1 GB/T 21437简介

GB/T 21437标准有三部分，最新的标准分别是：

GB/T 21437.1-2021：第1部分：定义和一般规定

GB/T 21437.2-2021：第2部分：沿电源线的电瞬态传导发射和抗扰性

GB/T 21437.3-2021：第3部分：对耦合到非电源线电瞬态的抗扰性

GB/T 21437这个标准比较复杂，不了解标准的同学很可能会被搞晕掉。和前面我们讲的GB/T 18655标准不同，GB/T 18655是全部关于干扰/发射的，而GB/T 21437则是既有干扰/发射又有抗干扰。这主要体现在标准的第二部分GB/T 21437.2，标准前面一部分是讲瞬态传导发射的，后一部分是讲抗扰的，而GB/T 21437.3则全部讲抗扰的，这就非常容易让初次接触这个标准的人产生混淆。为便于区分及理解，下面这张图就再放一次：

EMC干扰相关标准（来源：左成钢《广义车规级》）

1.2 GB/T 21437.1简介

在这里顺便介绍下标准的引言部分：

车辆在正常运行期间会产生电气骚扰和射频骚扰。这些骚扰信号频率范围宽并且可以通过传导、耦合或辐射的方式影响车载电气/电子部件和系统。近年来，车辆大量安装了用于实现控制、监视和显示等各种功能的电气/电子部件和系统，其容易受到车辆自身电气/电子系统(例如：点火系统，发电机/交流发电机系统，电动机和执行器等)产生的骚扰而发生性能下降(暂时故障，甚至是永久损坏)。

GB/T 21437《道路车辆电气/电子部件对传导和耦合引起的电骚扰试验方法》旨在确立道路车辆用电气/电子部件的电瞬态传导发射和抗扰性试验方法，拟由5个部分构成。

第1部分：定义和一般规定。目的在于规定术语和定义、试验条件、功能特性状态分类等。

第2部分：沿电源线的电瞬态传导发射和抗扰性。目的在于规定沿电源线的电瞬态传导发射和抗扰性试验的试验设备、试验方法和要求等。

第3部分：对耦合到非电源线电瞬态的抗扰性。目的在于规定耦合到非电源线电瞬态脉冲的抗扰性台架试验方法。

第4部分：沿高压屏蔽电源线的电瞬态传导发射和抗扰性。目的在于规定沿屏蔽高压电源线的电瞬态传导试验方法。

第5部分：脉冲发生器及验证方法的补充。目的在于确保测试结果具有可比性和可重复性。

但实际上目前标准只发布了前三部分及标准的1-3，如下图所示：

GB/T 21437标准实施情况（来源：工标网）

1.3 GB/T 21437.1介绍

GB/T 21437.1是第标准的1部分：定义和一般规定，GB/T 21437.1对标准相关部分中对试验方法的主要特性规定见下表：

GB/T 21437对试验方法的主要特性规定（整理：左成钢）

标准的第二部分与第三部分的主要区别其实就是：第二部分规定的沿电源线的传导发射和抗扰性，而第三部分则是非电源线（即信号线或控制线）的抗扰性。也就是说，只有GB/T 21437只有第二部分GB/T 21437.2的一部分是关于干扰/发射的，其他部分都是关于抗扰性的。

GB/T 21437.1中对供电电压、温度等参数的规定如下：

持续时间和距离，允差±10%;

电阻和阻抗，允差±10%。

试验温度：试验过程中环境温度应为(23±5)℃。

试验电压：试验过程中供电电压为:

12V电气系统:(13±1)V；

24V电气系统:(26±2)V。

而在GB/T 21437.2中测试电压的规定则稍有不同，如下：

12V电气系统:(13.5±0.5)V；

24V电气系统:(27±1)V。

#02

GB/T 21437.2介绍

规定沿电源线传达发射的标准是GB/T 21437.2，即标准的第2部分：沿电源线的电瞬态传导发射和抗扰性。标准的一些试验方法中要求使用人工网络，以便不同试验室结果之间具有可比性。标准特别指出了，沿电源线的电瞬态抗扰性台架试验，采用试验脉冲发生器的方法，其中所描述的试验脉冲只是典型的脉冲形式，未能涵盖车辆上可能出现的各种瞬态。标准使用者可根据电气/电子部件的功能或连接状况，确定是否规定和应用附加试验脉冲。

2.1 一般规定

试验温度：试验期间，周围环境温度应为(23±5)℃。

试验电压：供电电压UA在脉冲发生器的输出端进行测量，应符合下表的规定。如采用其他值，在试验报告中应加以注明。

2.2 功能特性状态分类

功能特性状态分类按GB/T 33014.1-2016（道路车辆电气/电子部件对窄带辐射电磁能的抗扰性试验方法第1部分：一般规定）的附录A，

功能特性状态分类(FPSC)考虑了以下因素：

a) 一个ESA可包括一个或多个功能(比如，一个ECU可控制前刮水器、踏板照明灯、近光灯)；

b) 一个功能可以有一个或多个工作模式(比如，近光灯ON，近光灯OFF，踏步灯ON，踏步灯OFF)；

c) 一个工作模式可以有几种状态(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ)(比如，近光灯ON工作模式，在骚扰施加期间近光灯OFF，骚扰停止后近光灯能够自动恢复，这种情况视为状态Ⅱ)。

FPSC方法基于以下原则:

一个DUT包括多个功能时，功能特性状态分类适用于每一个独立的功能；

一个功能可以有简单的ON-OFF工作模式或者是类似数据总线通信的复杂工作模式。

2.3 功能特性状态

功能特性状态定义了DUT在试验环境下功能特性的期望目标，适于DUT的每一个独立功能，描述了试验中和试验后预期功能的工作状态。以下给出了四个功能特性状态：

状态Ⅰ：试验中和试验后能够完成设计功能。

状态Ⅱ：试验中不能完成设计功能，但试验后能够自动恢复到常态。

状态Ⅲ：试验中不能完成设计功能，试验后在没有驾驶员/乘客的简单操作下，无法恢复到常态，例如通过对DUT关/开，或者重新启动点火开关。

状态Ⅳ：试验中不能完成设计功能，试验后需要较复杂的操作才能恢复到常态，对DUT的功能不应造成任何永久性损坏。例如，断开蓄电池或供电电源后再连接。

2.4 人工网络AN

在这里再顺便介绍下人工网络（Artificial Network，AN），区别于人工电源网络（Artificial Mains Network，AMN）。人工网络代替车辆线束的阻抗，在实验室中作为阻抗的参考标准，以测定设备及电气/电子装置的性能。GB/T 21437.2对人工电源网络的规定和GB/T 18655差不多，但是没有那么详细。下图为人工网络原理示意图。

GB/T 21437.2对人工网络的规定（整理：左成钢）

人工网络应能承受与DUT要求相一致的连续负载。下图给出了在理想电气元件的情况下，当A端和B端短路时，在P端和B端之间测得的阻抗|ZpB|的值随频率变化的曲线。在实际当中，人工网络的阻抗不应偏离下图所示曲线的10%以上。

人工网络各种元件的主要特性如下:

L=5μH(空心线圈)

P端和A端之间的内阻：5mΩ

C=0.1μF，可承受交流200V、直流1500V

电阻R=50Ω

人工网络阻抗频率曲线如下图所示：

人工网络阻抗频率特性曲线（整理：左成钢）

#03

电压瞬态发射试验

对于属于潜在传导骚扰源的电气/电子部件，应进行瞬态传导发射试验。

3.1 关于瞬态传导发射试验的规定

该试验适用于含有感性负载或通过机械或电子开关驱动感性负载的被测装置(DUT)。如连接到车辆电源、具有大电感或大感性负载电流的电动窗，电动座椅，继电器，电动后视镜等。如果感性负载电感很小或电流很小，且由内部稳定电压(例如5V)驱动，且与车辆电源隔离，则本试验不适用，试验计划规定除外。从这个规定可以看出来，标准使用者需要在制定DVP时确认该测试标准的适用范围，对车载电子模块来讲，除直接控制较大的感谢负载的ECU外，其他系统中的电子模块如影音娱乐系统、智驾系统等可能就不适用于该项测试，这个需要根据产品类型具体分析确认。

试验时应采取措施，确保测量布置不受周围电磁环境干扰，所以该测试通是在屏蔽室内进行过的。

测量骚扰源产生的电压瞬态，要使用标准阻抗的人工网络（如下图）。人工网络、开关和DUT之间的所有连接配线均应放置在金属接地平板上方50mm±5mm处。电缆规格尺寸应按照车辆的实际使用情况选择，配线应能承受DUT的工作电流，并在车辆制造商与供应商达成一致后确定。DUT的接地方式应考虑车辆的实际安装，并在试验计划中定义。如果试验计划没有规定，DUT应放置在接地平板上方50mm±5mm的非导电材料上。

标准要求采用电压探头和示波器或波形采集设备测量供电电压和骚扰电压,电压波形参数见标准附录B部分。测试要求如下：

1) 测量时DUT是在断开以及各种不同工作模式的切换下进行。DUT试验条件要求应在试验计划中规定。

2) 应选择合适的采样率和触发电平,以获取完整的瞬态波形。选择足够的分辨率以显示瞬态最大的正值和负值。

3) 选用合适的采样率和触发电平,根据试验计划操作DUT，并记录电压幅度。其他瞬态参数，诸如上升时间、下降时间、持续宽度等也应记录。

4) 除非另有规定,至少采集10个波形,记录包含最大正幅度和负幅度及其相关参数的波形。

3.2 试验布置

电压瞬态发射试验布置需要按照试验类型进行划分，一共分为以下三种：

1) 慢脉冲试验布置：DUT有内部开关。测量要求在DUT电源断开产生的瞬态，在开关S断开时测量(操作开关S以便产生瞬态骚扰)。

2) 快脉冲试验布置：DUT无内部开关。测试通过断开DUT电源来产生瞬态骚扰，也就是说，在开关S断开时进行测量(操作开关S以便产生瞬态骚扰)。

3) 快脉冲试验布置：DUT有内部开关。试验通过操作内部开关产生瞬态骚扰(不需要开关S)。在内部开关断开时(操作开关产生瞬态骚扰)，测量DUT电源断开产生的瞬态，探头尽可能接近DUT端。

标准有三个布置图，我这里简单介绍下，分为DUT有无内部开关两种布置图，如下：

电压瞬态发射试验布置-DUT有内部开关（整理：左成钢）

电压瞬态发射试验布置-DUT外部开关（整理：左成钢）

由上图可见，DUT作为骚扰源，经人工网络连接到并联电阻和供电电源，DUT距离人工网络距离为200±50mm，人工网络距离供电电源为200±50mm（慢脉冲试验为500mm）。

3.3 限值评估

瞬态发射的限值评估是放在标准的附录B部分的，标准给出了一系列评估波形特征要考虑的参数，如：峰值幅度、脉冲宽度、脉冲上升时间、脉冲下降时间、脉冲重复时间、猝发宽度、猝发间隔时间、猝发循环时间等。

瞬态发射的最小和最大限值分为5个等级，如下表所示。按测试要求，可选择这些值或这些值之间可接受的限值。评价时可要求满足表中任一参数，或按协议满足所有参数要求。在未规定特定值情况下，建议从表中选择等级Ⅰ至等级Ⅳ。

瞬态发射波形严酷等级（整理：左成钢）

#04

电压瞬态发射试的DV试验

如上文所述，电压瞬态发射试的DV试验使用范围有限，我找了一个之前做过的DV报告，从中摘取出了一部分内容，便于大家了解和熟悉这个测试。

标准要求，传导发射-电压法的DV试验需要在屏蔽室内进行，需要用的试验设施及设备如下图所示（来自真实DV报告）：

电压瞬态发射的DV试验设备（来源：左成钢）

从上图可以看出，试验在电磁屏蔽室内进行，测试需要用到人工电源网络、EMI 测试接收机等设备等，和标准规定是一致的。

4.1 DV试验要求

DV报告中会详细规定电压瞬态发射的测试要求。如下图所示，测试是在屏蔽室中进行的，其他试验布置也均按照标准要求，从图中可见该DUT是12V系统零部件，是按照外部开关进行布置的。

电压瞬态发射的测试要求（来源：左成钢）

4.2 DV试验的布置

实际的电压瞬态发射DV试验布置照片如下图所示：

电压瞬态发射DV试验布置（来源：左成钢）

4.3 DV试验限值及结果判定

此次DV试验要求中，该DUT的骚扰发射限值要求如下表所示，从测试结果来看是可以满足限值要求的。

电压瞬态发射的限值要求及测试结果（来源：左成钢）

瞬态发射的最小和最大限值波形如下图所示；

电压瞬态发射的测试波形（来源：左成钢）

限于篇幅，本文初步介绍了GB/T 21437标准的第一和第二部分，包括标准简介、功能特性状态分类、及电压瞬态发射标准及DV试验，接下来的文章将继续介绍GB/T 21437标准的第二部分关于抗扰的内容。至此，关于干扰/发射的所有标准及测试已全部讲完了，接下来我们要讲的就全部是抗干扰部分的内容了。我们在这里再简单复习一下干扰/发射部分的标准内容：

GB/T 18655标准包含了：传导发射电压法、传导发射电流探头法、辐射发射ALSE法。

GB/T 21437.2标准中关于电压瞬态发射的部分。

GB/T 21437标准中关于瞬态抗扰性的部分（电源线及非电源线）将在接下来的文章中详细介绍，敬请期待。

文章转载自公众号：汽车电子与软件
作者：左成钢
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/Iki8UL5zgNi_gFoxXyA43A