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作者 | 左成钢
出品 | 汽车电子与软件
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）的第十一篇。
书接前文，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，也有抗扰的内容。
为便于大家理解，根据我们这一系列文章的思想，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。关于干扰/发射的所有标准及测试之前已全部讲完了，接下来我们要讲的就全部是抗干扰部分的内容了。本篇是关于GB/T 21437.2标准中沿电源线的瞬态抗扰性及GB/T 21437.3非电源线的瞬态抗扰性，这两部分均属于传导抗扰范畴。
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。在此特别感谢CVC威凯检测技术提供的试验室技术支持和测试照片。
1. 沿电源线的电瞬态抗扰性
1.1 抗扰试验脉冲
1.2 试验脉冲严酷等级
1.3 标准测试的价值与局限性
2. 沿电源线的电瞬态抗扰性DV试验
2.1 DV试验等级及要求
2.2 DV试验的布置
2.3 结果判定
3. 耦合到非电源线的电瞬态抗扰性
3.1 总体规定
3.2 试验脉冲
3.3 试验布置
3.4 容性耦合钳(CCC)法
3.5 直接电容器耦合(DCC)法
3.6 感性耦合钳(ICC)法
3.7 试验总结
4. 耦合到非电源线的电瞬态抗扰性DV试验
4.1 DV试验等级及要求
4.2 CCC法的DV试验布置
4.3 ICC法的DV试验布置
4.4 结果判定
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传导抗扰相关标准（来源：左成钢《广义车规级》）
#01
规定沿电源线的电瞬态传导抗扰性的是GB/T 21437标准的第2部分（GB/T 21437.2第2部分：沿电源线的电瞬态传导发射和抗扰性）中的一部分。
1) 一般规定
DUT应放置在接地平板上方50mm±5mm的非导电支撑物上，外壳与接地平板的接地方式应符合车辆的实际连接。对试验脉冲3a和3b，试验脉冲发生器和DUT端口之间的电源线长度为500mm±100mm，应笔直平行地放置在50mm±5mm的非导电支撑物上。负载模拟器宜直接放置在接地平板上。如果负载模拟器有金属外壳，其外壳应与接地平板搭接。
2) 试验布置
试验布置如下图所示：
瞬态抗扰性试验布置（整理：左成钢）
GB/T 21437.2-2021采标ISO 7637-2:2011。需要注意的是，ISO 7637-2:2011相较ISO 7637-2:2004，新标准中删除了脉冲4及抛负载5a和5b，脉冲4被放到了ISO 21848:2005，MOD中（对应国标是GB/T 28045-2011，道路车辆 42V供电电压的电气和电子设备 电气负荷），在此略过不谈。抛负载脉冲的试验规定被放在了ISO 16750-2:2012（国标是GB/T 21437.2-2021）中，5a变成了试验脉冲A(Pluse A)-无集中抛负载抑制，5b变成了试验脉冲B(Pluse B)-具有集中抛负载抑制。
以12V系统为例，传导干扰相应脉冲及参数规定如下表所示：
脉冲 | 峰值电压 | 脉冲宽度 | 干扰源阻抗 |
1 | -75 ～ -150 | 2ms | 10Ω |
2a | +37 ～ +112 | 50µs | 2Ω |
2b | 10 | 0.2s ～ 2s | 0Ω ～ 50mΩ |
3a | -112 ～ -220 | 150ns±45ns | 50Ω |
3b | +75 ～ +150 | 150ns±45ns | 50Ω |
A | +79 ～ +101 | 40ms ～ 400ms | 0.5Ω ～ 4Ω |
B | | 40ms ～ 400ms | 0.5Ω ～ 4Ω |
传导干扰脉冲1～3如下图所示：
传导干扰相应脉冲波形（来源：左成钢《广义车规级》）
脉冲A及脉冲B波形如下图所示：
抛负载波形脉冲A及脉冲B（来源：左成钢《广义车规级》）
标准推荐的最低和最高严酷等级见下表的等级Ⅲ和等级Ⅰ。按车辆制造商和零部件供应商协议，可在表中给出的值之间选择电平和试验时间。在未定义规定值的情况下，推荐使用表中等级Ⅲ和等级Ⅳ对应的电平值。
GB/T 21437.2-2021对试验脉冲严酷等级的规定（整理：左成钢）
标准附录专门指出了测试的背景和试验波形的局限性，同时还在附录中提供了模拟复杂波形的替代试验方法，即使附录的波形与实际波形之间存在稍许差异，判定结果并不构成影响。电压瞬态常常是在机电切换感性负载期间产生的电弧。电弧现象产生复杂的电压波形，其特性(如电压、脉冲持续时间)明显受与感性负载在同一电路中的电抗性和电阻性负载的影响。
选择标准描述的试验脉冲(例如，脉冲1)的特性，反映在阻抗小于100Ω的DUT电源电路上的瞬态波形，主要与电路的输入滤波电容有关。许多基于微处理器的电子装置具有高阻抗的电源和输入电路，当这些高阻抗连接在开关的感性负载上时，会产生明显不同的电压瞬态特性。另外，实际的电压瞬态特性本质上是不重复的，在各连续的瞬态现象之间差异明显。这种伪随机行为经常会引起DUT软件执行故障。
为模拟这些复杂波形，标准附录提供了替代的试验方法。即基于机电切换感性负载的替代瞬态试验技术。附录描述的波形是由附录定义的瞬态发生器电路产生的典型瞬态。这些波形可作为瞬态发生器所产生波形的参考。除非另有规定，所有波形应在开路条件测量。
用于瞬态发生器的选择组件会导致附录的波形与实际波形之间存在稍许差异(例如，波形幅度，时间特性)。试验期间这些差异不应显著改变DUT判定结果。
也就是说，测试标准都是有一定局限性的，标准无法完全模拟ECU等电子电气部件车实际载应用时的波形，但是标准选择的波形已经考虑到了这些差异，所以试验结果是可以被认可的。如果标准的使用者认为标准中给出的波形无法满足测试要求，那么标准附录也给出了替代的试验方法，也就是参考标准附录给出的瞬态发生器电路，来模拟试验需要的脉冲。
#02
不同于前述几个干扰/发射标准要求，试验需要在屏蔽室或者电波暗室ALSE内进行，以消除来自外界的无线电骚扰。电瞬态抗扰性测试则不需要专门的屏蔽室，只需要在专门的试验室即可。电源线的电瞬态抗扰性测试需要用到的试验设施及设备如下图所示（来自真实DV报告）：
电源线瞬态抗扰性的DV试验设备（来源：孚乔图，CVC威凯）
试验在瞬态脉冲发射及抗扰度室内进行，测试需要用到瞬态脉冲抗扰度系统、示波器、测试软件等，和标准规定是一致的。
此次DV试验中，该DUT的试验等级、要求及判定标准如下：
电源线瞬态抗扰性测试要求（来源：孚乔图，CVC威凯）
由图中可见，试验脉冲包含了脉冲1、2a、2b、3a、3b，这和标准中的规定是一致的。另外，从图中参数可见，该DUT为24V系统产品。
按照标准要求，试验布置如下图所示：
整体试验布置（来源：孚乔图，CVC威凯）
局部试验布置（来源：孚乔图，CVC威凯）
由图中可见，试验布置按照标准要求，试验脉冲发生器将试验脉冲加至DUT电源线上，DUT接模拟负载。
试验结果判定如下图所示：
试验结果及判定（来源：孚乔图，CVC威凯）
由图中可见，试验中DUT的工作模式为模式1，试验电压为27V（DUT为24V产品），每个脉冲的试验结果均达到试验要求。
#03
规定非电源线的电瞬态抗扰性的是标准的第三部分，也就是GB/T 21437.3：第3部分：对耦合到非电源线电瞬态的抗扰性，标准描述了电气/电子部件(DUT)对耦合电瞬态脉冲抗扰性的三种试验方法：容性耦合钳(CCC)法、直接电容器耦合(DCC)法、感性耦合钳(ICC)法。
试验瞬态脉冲模拟快速和慢速电瞬态骚扰，例如感性负载切换、继电器触点弹跳等引起的瞬态骚扰。标准给出的试验脉冲均为典型脉冲，反映了车辆中可能出现的瞬态脉冲的主要特征。
另外标准还规定了如果电气/电子部件靠自身的功能或结构不会受到本部分规定的脉冲影响，试验中无需施加这些脉冲。需要额外施加的试验脉冲，由车辆制造商和零部件供应商协商进行定义。
试验计划至少应包括如下方面：
采用的试验方法；
施加的试验脉冲；
试验脉冲幅度；
试验脉冲数量；
DUT操作方式；
线束(产品线束或试验线束)；
使用容性耦合钳法时容性耦合钳所用的导线；
使用直接电容器耦合法时所用的导线；
使用直接电容器耦合法时采用的电容值；
使用感性耦合钳法时感性耦合钳所用的导线；
使用感性耦合钳法时感性耦合钳的类型。
另外，试验条件如温度、电压、允差等条件应按照GB/T 21437.1的规定。电源、示波器和探头、脉冲发生器均需按照GB/T 21437.1的规定。
DUT的抗扰性评价试验严酷等级由车辆制造商和零部件供应商协商确定，可从附录中选择。下表给出了三种不同试验方法的适用性。可从慢速电瞬态脉冲试验方法和快速电瞬态脉冲试验方法中各选择一种适用DUT的方法。
标准对试验方法适用性的规定（整理：左成钢）
试验脉冲分为慢脉冲与快脉冲，如下：
慢脉冲包括：慢速瞬态脉冲2a-正脉冲、慢速瞬态脉冲2a-负脉冲，脉冲的波形及参数见标准规定。
快脉冲包括：快速瞬态脉冲3a、快速瞬态脉冲3b，脉冲的波形及参数见标准规定。
标准对脉冲波形的规定如下图所示：
GB/T 21437.3对瞬态脉冲波形的规定（整理：左成钢）
DUT应放置在接地平板上方50mm±5mm的非导电支撑物上，同时与负载模拟器相连接。如无法使用DUT运行的实际信号源，可使用模拟信号源。
所有线束应放置在接地平板上方50mm±5mm的非导电支撑物上，所有负载、传感器等的接地(接地线、金属外壳)尽可能使用最短的线连接到接地平板。为了使DUT无关的容性耦合最小化，DUT和所有其他的导电结构(试验布置下方的接地平板除外)例如屏蔽室墙壁的最短距离应大于0.5m。
具体试验布置根据试验方法有所不同，下面会按照容性耦合钳(CCC)法、直接电容器耦合(DCC)法、感性耦合钳(ICC)法分开介绍。
容性耦合钳(CCC)将试验脉冲耦合到被测电路，与DUT、线束、辅助设备没有电连接。CCC材料可以是黄铜、紫铜或镀锌钢。
CCC法适用于耦合快速电瞬态试验脉冲，特别适用于带有中等或大量导线的DUT。此方法不适用于耦合慢速电瞬态试验脉冲。穿过CCC的DUT线缆经协商确定并在试验计划中记录，其耦合长度为1m。DUT与瞬态脉冲发生器应放在CCC的同一端。受试线束总长度为1700mm～2000mm。
CCC方法中不包括12V/24V电源线(正极线和回线)，其他需要连接到辅助设备(如传感器)的回线或正极线应包含进去。如果辅助设备近端接地，不应包含近端接地连线。所有不包含的回线或正极线应在试验计划中注明。位于CCC中的所有线缆应呈单层（典型值为10至20根线缆）平直放置，为测量DUT全部线缆，可进行多次试验。
DUT的布置应按下图：
CCC法试验布置（整理：左成钢）
DCC法用电容器实现电瞬态的耦合。耦合电容值如下表所示：
试验脉冲 | 电容值 |
慢速电瞬态脉冲 | 0.1 μF |
快速电瞬态脉冲 | 100 μF |
DCC受试线束总长度为1700mm～2000mm。对快速瞬态脉冲试验，发生器应通过不超过500mm长的50Ω同轴电缆连接到电容器。使用DCC方法，要对DUT每一条线缆进行单独试验。但对双绞线和平衡对称线（例如音响桥线，CAN通信线）进行试验时，应改为对所有线缆同时进行试验，需注意的是不要影响DUT的有用信号。
对慢速和快速瞬态脉冲试验，线缆/线束应放置在接地平板上方50mm±5mm的非导电支撑物上。输入/输出线缆注入点和DUT之间的距离应不超过100mm。对快速脉冲，输入/输出线缆注入点和电容器屏蔽盒之间的距离应不超过100mm。输入/输出线缆与接地平板边缘之间的距离应不小于100 mm。
DCC法试验布置（整理：左成钢）
感性耦合钳(ICC)为适合于此试验的大电流注入(BCI)探头，将试验脉冲耦合到受试电路，与DUT、线束、辅助设备均无电气连接。ICC法适用于耦合慢速电瞬态试验脉冲，特别适用于带有中等或大数量受试线缆的DUT。
ICC法的试验布置见下图。
ICC法试验布置（整理：左成钢）
耦合电路由能钳住所有信号线的ICC组成。DUT的12V/24V供电线(接地线和电源线)不应包括在ICC中。从DUT到辅助设备(传感器、执行器等)的其他任何地线或电源线均应包含在ICC中。如果辅助设备以近地方式接地，接地连接应置于ICC之外。试验时ICC中包含的接地线和电源线的任何例外情况都应在试验计划中予以说明。
试验可按下图的布置进行，也可按GB/T 33014.4规定的平直线束布置进行。
DUT有多个连接器时，试验条件(所有连接器线束同时进行试验或单个连接器线束分别进行试验)应在试验计划中规定。线束应放置在接地平板上方50mm±5mm的非导电支撑物上。 线束长度应为1700+300mm。ICC中心距离DUT连接器(150±50)mm。
GB/T 33014.3非电源线的电瞬态抗扰性试验的相关规定可总结如下：
非电源线的电瞬态抗扰性试验直接（来源：左成钢）
#04
信号线的电瞬态抗扰性测试需要用到的试验设施及设备如下图所示（来自真实DV报告）：
信号线瞬态抗扰性的DV试验设备（来源：孚乔图，CVC威凯）
试验场地与电源线抗扰性试验一样，测试需要用到的设备则有所不同，包括脉冲抗扰度系统、容性耦合夹、注入钳、示波器、测试软件等，和标准规定是一致的。
此次DV试验中，该DUT的试验等级、要求及判定标准如下：
信号线瞬态抗扰性测试要求（来源：孚乔图，CVC威凯）
由图中可见，该DUT进行了CCC法及ICC法测试，CCC为快速脉冲3a及3b，同标准规定的一致。同时，该产品线束较多，所以也适用于ICC法，ICC法进行了慢速脉冲测试。
按照标准要求，CCC法试验布置如下图所示：
CCC法整体试验布置（来源：孚乔图，CVC威凯）
CCC法局部试验布置（来源：孚乔图，CVC威凯）
由图中可见，试验布置按照标准要求，CCC法试验脉冲发生器通过容性耦合钳将试验脉冲耦合至DUT信号线上，DUT接模拟负载。
按照标准要求，ICC法的试验布置如下图所示：
ICC法整体试验布置（来源：孚乔图，CVC威凯）
ICC法局部试验布置（来源：孚乔图，CVC威凯）
由图中可见，试验布置按照标准要求，试验脉冲发生器通过感性耦合钳将试验脉冲耦合至DUT信号线上，DUT接模拟负载。
试验结果判定如下图所示：
试验结果及判定（来源：孚乔图，CVC威凯）
由图中可见，试验中DUT的工作模式为模式1，试验电压为27V（DUT为24V产品），每个脉冲的试验结果均达到试验要求。
本篇主要介绍了GB/T 21437.2标准中关于沿电源线的瞬态抗扰性及GB/T 21437.3非电源线的瞬态抗扰性，内容均属于传导抗扰范畴。至此，GB/T 21437这个标准就全部介绍完了，接下来我们要讲的就只剩下辐射抗扰、大电流注入(BCI)抗扰以及静电（ESD）抗扰，这些全部是抗干扰部分的内容了。
