Vorbeugung gegen elektromagnetische Störungen und Lösungen für Steckverbinder in der Automobilindustrie

Heutzutage werden elektronische Systeme in Kraftfahrzeugen mit mehreren hundert Megahertz getaktet, wobei die Planung für die Vorder- und Rückflanken der verwendeten Impulse im Sub-Nanosekundenbereich erfolgt, und für hochwertige Videoschaltungen werden Pixelraten im Sub-Nanosekundenbereich verwendet. Diese höheren Verarbeitungsgeschwindigkeiten stellen eine ständige Herausforderung an die Technik dar. Dann, wie zu verhindern und mit dem Problem der elektromagnetischen Störungen in der Automobil-Steckverbinder verdienen unsere Aufmerksamkeit. Schaltkreise auf die Schwingungsrate wird schneller (Anstieg / Abfall Zeit), Spannung / Stromstärken werden größer, das Problem wird mehr. Infolgedessen ist der Umgang mit elektromagnetischer Verträglichkeit (EMV) heute schwieriger als in früheren Jahren. Die schnell fließenden Impulsströme, die den beiden Wellenabschnitten einer Schaltung vorausgehen, machen deutlich, dass die so genannten Differentialmode-Rauschquellen, die elektromagnetischen Felder in der Umgebung der Schaltung, an andere Komponenten gekoppelt werden und in die angeschlossenen Teile eindringen können. Rational oder kapazitiv gekoppeltes Rauschen ist Gleichtaktstörung. Die HF-Störströme sind identisch, und das System kann als eine Rauschquelle, eine "Opferschaltung" oder ein "Empfänger" und eine Schleife (normalerweise eine Grundplatte) modelliert werden. Das Ausmaß der Störung wird durch eine Reihe von Faktoren bestimmt: die Stärke der Störquelle, die Größe des Bereichs, in dem sich der Störstrom bewegt, und die Änderungsrate. Obwohl also die Wahrscheinlichkeit unerwünschter Störungen im Stromkreis hoch ist, wird das Rauschen fast immer mitmodelliert. Sobald ein Kabel zwischen dem Eingangs-/Ausgangsstecker (E/A) eines Fahrzeugs und dem Chassis oder der Massefläche angeschlossen ist, können bestimmte HF-Spannungen dazu führen, dass einige Milliampere HF-Strom vorhanden sind, die ausreichen, um die zulässige Sendefrequenz zu überschreiten.

Rauschkopplungen und Gleichtaktstörungen werden durch eine unvernünftige Planung erzeugt. Typische Ursachen sind unterschiedliche Längen einzelner Adern in verschiedenen Paaren oder unterschiedliche Abstände zur Stromversorgungsebene oder zum Gehäuse. Eine weitere Ursache sind defekte Bauteile, wie magnetische Induktionsspulen und Transformatoren, Kondensatoren und aktive Bauelemente (z.B. unter Verwendung von ad hoc integrierten Schaltungen (ASICs)). Magnetische Bauteile, insbesondere die so genannten "Eisenkerndrosseln" als Energiespeicher, werden in Stromrichtern eingesetzt und erzeugen immer elektromagnetische Felder. Der Luftspalt im magnetischen Kreis ist gleichbedeutend mit einem großen Widerstand in einer Reihenschaltung, in der mehr Leistung verbraucht wird. Die Kerndrossel, die auf einen Ferritstab gewickelt ist, erzeugt daher ein starkes elektromagnetisches Feld um den Stab und ein starkes Feld in der Nähe der Elektroden. In einem Schaltnetzteil, das eine Rückverfolgungsstruktur verwendet, muss es einen leeren Raum auf dem Transformator geben, in dem ein starkes Magnetfeld herrscht. Das Element, an dem das Magnetfeld haften bleibt, ist das Spiralrohr, so dass das elektromagnetische Feld über die Länge des Kerns verteilt wird. Dies ist einer der Gründe, warum Spiralstrukturen für magnetische Bauteile, die bei hohen Frequenzen arbeiten, bevorzugt werden. Unzureichend entkoppelte Schaltungen werden im Allgemeinen ebenfalls zu einer Störquelle. Unter der Annahme, dass die Schaltung große Impulsströme benötigt und die Teilentkopplung keine kleine Kapazität oder sehr hohe Anforderungen an den Innenwiderstand gewährleistet, sinkt die vom Stromversorgungskreis erzeugte Spannung. Dies entspricht einer Restwelligkeit oder vielleicht einer schnellen Spannungsänderung zwischen den Klemmen. Aufgrund der Streukapazität des Gehäuses können die Störungen in andere Schaltungen einkoppeln und Gleichtaktprobleme verursachen. Wenn Gleichtaktströme E/A-Schnittstellenschaltungen verunreinigen, muss dieses Problem gelöst werden, bevor es den Kfz-Steckverbinder durchdringt. Verschiedene Anwendungen erfordern unterschiedliche Methoden, um dieses Problem zu lösen. Bei Videoschaltungen, bei denen die E/A-Signale unsymmetrisch sind und denselben gemeinsamen Stromkreis nutzen, ist es wichtig, das Rauschen mit einem kleinen LC-Filter herauszufiltern. In seriellen Niederfrequenz-Schnittstellennetzen ist eine gewisse Streukapazität ausreichend, um das Rauschen auf die Grundplatine zu leiten. Differenzielle Antriebsschnittstellen wie Ethernet werden im Allgemeinen über einen Transformator an den E/A-Bereich gekoppelt, der durch Mittelabgriffe auf einer oder beiden Seiten des Transformators gekoppelt wird. Diese Mittelabgriffe sind über Hochspannungskondensatoren mit der Grundplatte verbunden, die das Gleichtaktrauschen zur Grundplatte ableiten, damit das Signal nicht verzerrt wird. Gleichtaktrauschen im E/A-Bereich Es gibt keinen universellen Ansatz zur Lösung des Problems für alle Arten von E/A-Schnittstellen. Die Planer sind in erster Linie darauf bedacht, die Schaltung richtig hinzubekommen, und übersehen oft Details, die als unzureichend angesehen werden. Einige Grundregeln können das Rauschen in den ersten Jahren der Ankunft der Automobil-Steckverbinder, bis zu klein: 1) wird Entkopplungskondensatoren in unmittelbarer Nähe der Last gesetzt werden. 2) schnelle Veränderungen in der vorderen und hinteren Flanken des Pulsstroms, sollte die Schleife Spezifikation klein sein. 3), so dass Hochstrom-Geräte (dh, Treiber und ASICs) weg von der I / O-Ports. 4) Bestimmung der Integrität des Signals, um sicherzustellen, dass die Überschwingen und Unterschwingen ist klein, vor allem im Hinblick auf die hohe Stromstärke der wichtigen Signale (zB. Clock, Bus). 5) Wenden Sie teilweise Filterung, wie HF-Ferrit, kann HF-Störungen zu absorbieren. 6) Supply niedriger Impedanz Runde auf der unteren Platine oder in der I / O-Bereich der Referenz auf der unteren Platine. HF-Rauschen und Automotive-Steckverbinder, auch wenn Ingenieure wählen, um viele der oben genannten Methoden zur Verhinderung von HF-Rauschen in der I / O-Bereich zu reduzieren, kann aber auch nicht garantieren, dass diese Methoden zur Verhinderung erfolgreich sein kann, um die Anforderungen der zufriedenstellenden Emission zu erfüllen. Bei einem Teil des Rauschens handelt es sich um leitungsgebundene Störungen, d. h. um Gleichtaktstromaktivitäten auf der internen Leiterplatte. Die Quelle dieser Störung befindet sich zwischen der Backplane und den Schaltkreisen usw. Daher muss dieser HF-Strom über einen Pfad mit niedriger Impedanz fließen (zwischen der Backplane und den Trägersignalleitungen). Unter der Annahme, dass der Kfz-Steckverbinder keine ausreichend niedrige Impedanz aufweist (an der Überlappung mit der Grundplatte), fließt dieser HF-Strom durch die Streukapazität. Wenn dieser HF-Strom durch das Kabel fließt, erzeugt er unweigerlich Emissionen. Ein weiterer Mechanismus zur Injektion von Gleichtaktströmen in den E/A-Bereich ist die Einkopplung einer starken Störquelle in der Nähe. Selbst eine gewisse "Abschirmung" des Fahrzeugsteckers ist nutzlos, da sich die Störquelle in der Nähe des Fahrzeugsteckers befindet, z. B. in der PC-Umgebung. Angenommen, es gibt einen Spalt zwischen dem Kfz-Steckverbinder und dem Chassis, kann die an dieser Stelle induzierte HF-Spannung die EMV-Funktion beeinträchtigen. Zu den Methoden zur Abschirmung von Kfz-Steckverbindern gehören das Hinzufügen von Fingerhüten oder Abstandshaltern. Das Läppen des Fahrzeugsteckers dient dazu, den leeren Raum zwischen dem Fahrzeugstecker und dem Chassis zu füllen. Diese Methode erfordert eine Dichtung. Eine Metalleinlage ist vorzuziehen und muss nur in geeigneter Weise gehandhabt werden, d. h. nur, wenn die Oberfläche nicht verschmutzt ist, wenn die Hände die Einlage nicht berühren oder beschädigen und wenn ein ausreichender Druck vorhanden ist, um einen guten, niederohmigen Kontakt herzustellen. Andere Methoden sind die Montage von Steckerzungen an Kfz-Steckern oder vielleicht die Ausstattung des Kfz-Steckers am Gehäuse. Im Moment ist die große Kontaktfläche etwas kleiner, und die Spezifikation und Elastizität des Verbindungsstücks sollte streng kontrolliert werden. Ausrüstung Abschirmung Auto-Steckverbinder, Öffnungen in das Chassis, die Seite der Öffnung sollte entfettet werden, um sorgfältig gemacht werden, wenn die Toleranz nicht geeignet ist, was in der Auto-Stecker in das Chassis fallen zu tief, so dass die Runde ist kontinuierlich. Jeder EMV-Ingenieur weiß, dass in einem "guten" System, muss dieses Problem mit der Einführung Anforderungen erfüllt werden, und in der Produktionslinie in der Zeit zu überprüfen. Nicht festgezogene oder verbogene Pads, Geräte in kritischen Bereichen auf dem Öl, werden ausfallen. EMI Automotive-Steckverbinder wurden aus folgenden Gründen ausgewählt: 1) Leitfähiger Schaumstoff ist extrem weich und kann um den gesamten Umfang des Automotive-Steckverbinders platziert werden. Damit entfallen die Probleme, die mit einem anderen Gehäuse oder einer Auskleidung verbunden sind. 2) Maschinenbauingenieure können den Kfz-Steckverbinder innerhalb der für das Systemgehäuse akzeptablen Toleranzen ausstatten. 3) Der Kfz-Steckverbinder endet in einer niederohmigen Überlappung mit dem Gehäuse, um einen hervorragenden Kontakt zu gewährleisten. Der Liner auf der Innenseite der Gehäusewand kann aus einem weicheren Material bestehen, wenn er mit einer Abdeckanforderung lackiert werden soll.4) Bei Planungen, die eine Zwangskühlung erfordern, ist der Liner für eine weitere Eigenschaft gut: Die Naht zwischen dem Fahrzeugsteckverbinder und der Gehäusewand sollte abgedichtet werden, um den Luftaustritt zu minimieren. In einer staubigen Umgebung sollte der Liner eine Rolle spielen, um das System sauber zu halten.

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