3M 针对针对汽车汽车汽车电子电子电子的的EMC 解决方案解决方案介绍介绍介绍 刘伟德
3M中国研发中心
摘要摘要：：
本文介绍了3M 产品用于解决汽车电子EMC 问题的几种典型解决方案，针对车载电子设备的屏蔽应用，汽车电子设备连接线束的电磁屏蔽，汽车电子设备近场磁干扰和接地应用措施等，最后文章通过试验的方法告诉读者3M 导电胶带产品优异的抗环境特性，让人们更加清楚地了解3M 电磁兼容产品针对汽车电子EMC 问题的有效性 关键字关键字：汽车电磁兼容 汽车电子控制单元 线束屏蔽 近场干扰 静电接地 环境可靠性
Abstract:Abstract:
The paper introduces several typical auto electromagnetic compatibility(EMC) solutions of using 3M E
桁架结构MC products, like EMC solutions to auto electronic devices, auto electronic equipment cable shielding solutions, countermeasures to auto near-field interference issue and grounding solutions, etc. the paper narrates 3M conductive tape products’ excellent environmental reliability through given aging experiments at last, that makes reader know more about 3M EMC product’s effectiveness to solve auto electronic EMC issues.
Key Words:
Key Words: Auto Electromagnetic Compatibility Auto Electronic Control Unit Cable Shielding Near-Field Interference ESD Grounding Environmental Reliability
前言[1] [2]
汽车电子设备工作在行驶环境不断变化的汽车上，环境中电磁辐射的复杂性和多变性，意味着真个汽
车电子系统所受到的电磁干扰来源比较广泛。按照电磁干扰的来源分类，可分为车外电磁干扰、车体静电干扰和车体内的电磁干扰。
车外电磁干扰是汽车行驶中经历各种外部电磁环境时所受的干扰，这类既来自于相邻的行进的车辆，也来自于存在于特定空间或是特定时
间的干扰，如高压输电线、大功率无线电发射站的电磁干扰等等，如图1所示
图1. 来自汽车外部的高压线辐射干扰
车体静电干扰与汽车和外部环境都有关。由于汽车行驶时车体与空气高速摩擦，
在车体上形
成不均匀分布的静电。静电放电会在车体上形成干扰电流，同时产生高频辐射，对汽车电子设备形成电磁干扰。
车体内的电磁干扰多来自车载电子设备工作时相互干扰，包括电子控制单元产生电磁干扰，视频，音频电子设备产生的电子噪声，电机及各类连接汽车电子设备，牵引力稳定系统的线束辐射、各类电磁敏感器件以及各种开关工作时的放电干扰等。车载电子设备的相互干扰，不仅影响汽车的工作性能，严重时会影响行车安全性以及对人体造成电磁辐射危害，参考下图
2
图2. 汽车车体电磁辐射场分布的模拟
表1是常见的车辆电磁兼容性相关法规与标准一览表，该表的分类基本遵循了我们常规定义电磁兼容的概念，即：电磁干扰法规和标准（EMI），电磁耐受性的法规和标准（EMS）。
表1. 车辆电磁兼容性相关法规与标准一览表
随着汽车电控技术的不断发展，汽车电子设
磁悬浮床备数量大大增加，工作频率逐渐提高，功率逐渐增大，使得汽车工作环境中充斥着电磁波，导致电磁
干扰问题日益突出，轻则影响电子设备的正常工作，重则损坏相应的电器元件。因此，汽车电子的电磁兼容性能越来越受重视。本文介绍3M 针对车载电子设备的几中典型的电磁兼容解决方案和部分产品对环境可靠测试。
车载电子车载电子设备的设备的设备的电磁电磁电磁屏蔽屏蔽屏蔽解决解决解决方案方案方案
车载电子设备由于设计公差，装配等要求存在各种具有潜在辐射可能性的电磁孔缝。3M 导电胶带产品在车载设备，车载电子上有很多这样的应用。
1．汽车安全气囊汽车安全气囊激发器激发器激发器的的EMI 干扰保护应用干扰保护应用 汽车安全气囊激发器的金属外壳上有一圈结构圆孔，外部的电磁干扰可以通过小孔进入内部干扰激发器敏感器件，因此，任何意外的干扰
都会埋下巨大的驾驶安全隐患。图3是3M
TM
Al-37BLK 黑PET 铝箔胶带在激发器上的应用。先模切胶带至规定尺寸，然后将胶带贴在激发器的侧面，将小孔盖住，起到抗电磁干扰屏蔽的作
用。
图3. Al-37Blk 用于汽车安全气囊激发器屏蔽
2．电子控制单元ECU 传感器的屏蔽传感器的屏蔽应用应用应用
电子控制单元ECU （Electronic Control U nit）是汽车专用微机控制器，在发动机、防抱死制动系统、4轮驱动系统、电控自动变速器、主动悬架系统、多向可调电控座椅等都
钛合金热处理
配置有这样的电子控制单元，既是电磁干扰源，也是电磁敏感源，是电磁干扰防控重点。
图4是采用3M TM
1181铜箔胶带绕包汽车VSC 系统电子控制单元传感器及连接线束，起电
磁屏蔽保护作用。
图4. 3M 铜箔用于汽车VSC 系统电子控制单元传感器
及线束的电磁屏蔽保护
这里选用3M TM
1181铜箔胶带主要是因为该铜箔胶带柔软、导电性好等特点。粘结可靠、绕包使用方便和屏蔽效能好，使用后可以保护传感器、电子控制单元免受来自外界或临近电磁信号的干扰而产生误动作，保护汽车VSC 稳定运行。
3．电子控制单元电子控制单元金属壳金属壳金属壳体体与盖的与盖的衬垫衬垫衬垫型型屏蔽屏蔽
汽车电子控制单元多采用金属质外壳保护，以防止电磁干扰。在电子控制单元的金属壳体和金属盖之间使用导电磁衬垫产品可以最大程度地防止电磁干扰发生，但由于尺寸小的原因，常规导电衬垫并不适合此应用，所以3M 压纹箔胶带的独特应用特性在此显露出来。图5是采用3M TM
3245压纹铜箔作为EMI 屏蔽衬垫使用的。
图5. 3M TM
3245压纹铜箔胶带应用于 ECU 金属壳体的屏蔽衬垫应用
3M 压纹胶带的金属带基是经过特殊的压纹工艺处理的。图6是3M 的四款压纹金属胶带的截面结构。
图6. 3M TM
压纹金属箔胶带的截面结构
如图6所示，压纹使得该类胶带受力后在Z 方向上有一个形变量，而压纹的深度决定胶带Z 方向的形变
量范围。同时为了保证Z 方向的贯穿电阻足够好，压痕一定要刺穿胶层，这对于保证小的接触电阻是至关重要的。正是这样的特点保证了好的使用性能，形成理想的法拉第电笼结构，获得好的电磁屏蔽效果。
4. 4. 车车脚踏板位置地板脚踏板位置地板的电磁屏蔽处理的电磁屏蔽处理的电磁屏蔽处理 汽车的很多连接线束是通过主驾驶位置的
脚踏板的地板里通过的，很多干扰信号来自于此，如果不对其进行屏蔽，其辐射出来的电磁信号会干扰到很多临近的电磁、电子装置，势必造成干扰影响。如图7所示，在汽车主驾驶位置的地板上贴了一层3M 铜箔胶用来隔离这样的干扰，大大降低车底走线同车载电子设备间的相互干扰的机率。
图
7 铜箔胶带贴在车地板上进行屏蔽
车载车载电子设备连接电子设备连接电子设备连接线束线束[3]的电磁的电磁屏蔽解屏蔽解决方案方案
汽车上有各类线束是连接各类控制单元和供电系统的，交叉干扰是部线设计中需要避免的问题，尤其是针对一些电磁敏感的电孔单元，电磁开关阀等。3M 编织屏蔽套管是汽车线束EMC 的一种有效的解决方案。表2列出了3M TM
DS/FS 系列编织屏蔽套管产品：
表2. 3M TM
DS 和FS
系列屏蔽套管产品
图8是3M TM
DS 系列编织屏蔽套管的结构图，我们可以清楚看到这种艺术般的编织结构。
图8. 3M TM
DS 编织屏蔽套管的微观图（50X）
如上图所示结构， 3M TM
DS 系列套管是采用镀锡铜箔与玻璃纤维绕包制成一股混合纤维，并多股交叉编织而成的套管产品。这样制成的屏蔽套管产品具有质感柔软、屏蔽效能高、重量轻和管径伸缩范围宽等优良属性；此外，该系列屏蔽套管具有耐高温，满足UL 阻燃要求，用于汽车线束的屏蔽，具有可靠的综合性能。
1．汽车HID HID 氙气氙气氙气大大灯镇流器灯镇流器线束线束线束的的屏蔽屏蔽解解决方案
决方案 汽车HID 氙气灯是一种高压放电灯，它的发光原理是利用正负电刺激氙气与稀有金属化学反应发光。它采用一个特制的镇流器，利用汽车电源产生23000V 以上的触发电压使灯启动。
镇流器的高压脉冲辐射易导致对其它临近器件或电路产生电磁干扰，其本身也需要抗干扰保护，为了防止电流通过线束部分对其临界的电子设备产生电磁骚扰，通常要对其连接线束部分进行屏蔽处理. 图9是采用3M TM
DS 编织屏蔽套管对该
线束进行屏蔽处理。
图9. 3M TM
DS 屏蔽套管应用于汽车大灯镇流器的线束屏蔽
2． 牵引力稳定系统线束的屏蔽牵引力稳定系统线束的屏蔽解决方案解决方案解决方案 如图10所示，EPS 牵引力稳定系统电子控
制单元的线束容易成为电磁辐射的干扰源，也容易接收外界噪音干扰对内产品电磁骚扰的电磁敏感性部件，外界的电磁干扰源容易通过其导致EPS 失效故障，所以需要进行电磁屏蔽处理。
图10. 3M TM
DS 屏蔽套管应用于EPS 线束屏蔽
总体而言，对于汽车内部的很多连接控制系统、蓄电池、电机或马达等干扰源和敏感器件之间的线束采取同样的屏蔽处理都是有效果的。
汽车电子近场干扰汽车电子近场干扰的电磁的电磁的电磁兼容兼容兼容解决方案解决方案解决方案
近场干扰问题是一个普遍而难以处理的问题，单纯的导电特性并不能完全起到信号屏蔽的作用。图11 显示了如何采用高导磁软磁材料进行磁场屏蔽，而屏蔽效果的好坏关键取决于材料
的导磁率和厚度等因数。
图11. 磁屏蔽材料的近场干扰隔离应用
3M TM
1380是采用高导磁软磁合金带作为基材制成的软磁胶带产品，其基带的磁导率可以高达100,000，是非常优良的近场磁屏蔽材料。参考图12，单侧带胶和离型纸，为磁场屏蔽应用
提供有效的、易安装的解决方案。
图12. 3M TM
1380磁屏蔽胶带结构
1. 1. 车载车载GPS 的磁场干扰隔离的磁场干扰隔离
图13是应用1380解决车载导航仪的磁场干扰问题的成功案例，其有效地隔离的接收信号和导航仪电路板芯及连接显示器的柔板间的电磁信号
干扰。
图13. 3M TM
1380汽车导航仪上的应用
除了车载导航设备，汽车雨刮电机，汽车座椅传感器的磁敏感器件等，都可以借鉴这种方法解决问题，当然使用时要考虑不同的应用场合、性状和具体的安装条件，这里就不再一一赘述了。
2．汽车行驶记录仪汽车行驶记录仪干扰干扰[4]
保健油的电磁电磁吸收吸收吸收
汽车行驶记录仪，又称“汽车黑匣子”，是对车辆行驶速度、时间、里程等信息进行记录、存储并可通
过接口实现数据输出的数字式电子记录装置。其硬件部分包括电源转换电路、时钟芯片电路、CAN 总线接口电路、FLASH 存储电路、RS232串行通讯接口电路、按键及LED 显示电路等。其GPS 线和芯片部分容易发生信号的交叉串扰。3M AB6000吸波材料是这类应用的有效解决方案。
参考下图14，AB6005SHF 和AB6005GHF 应用于汽车行驶记录仪起到吸收和屏蔽EMI 噪音干扰的作用。其中，AB600SHF 主要用于吸收和屏蔽芯片的干扰信号，AB6005GHF 主要用吸收、屏蔽电磁干扰信号，同时对GPS 线束的接地，从而有效地解决内部电磁噪音交叉干扰问题。
图14. AB6005SHF/AB6005GHF屏蔽复合型吸波材料用于汽车行驶记录仪的电磁吸收和屏蔽薄膜电路
图15是AB6005SHF和AB6005GHF的截面结构示意图：
图15. 3M TM AB6005SHF和AB6005GHF的结构
AB6005SHF采用的非导电胶，铝箔层起屏蔽作用；AB6005GHF采用的是导电胶，可以起到很好接地作用。
除了上面介绍的典型应用外，AB6005HF系列屏蔽复合型吸波材料在汽车电子设备内部还有多处应用，
参考图16：
图16. 3M TM AB6005HF/SHF/GHF系列屏蔽复合型吸波材料
在汽车电子设备内部的应用 车载
车载电子
电子
电子设备的接地解决方案
设备的接地解决方案
设备的接地解决方案
汽车仪表盘是静电荷容易积累的地方，静电放电容易导致仪表损坏或显示错误，这对行车安全影响很大，需要强化接地。图17是采用
Al-25/50BT铝箔导电胶带对汽车仪表盘进行接地的应用:
图17. 汽车仪表盘的屏蔽接地
降压散如图17所示， Al-25BT和Al-50BT模切成设计尺寸，固定在车仪表盘的内侧边框的图示位置，与公共地金属连接，这样静电荷可以通过导电铝箔胶带提供的导电路径传导到公共地上，避免瞬时的静电放电所带来的破坏。
导电胶的导电性好坏是影响接地性能的关键，图18[5]显示了电荷移动的轨迹是需要穿过胶层的，因此胶带的导电性越高越好，尤其是胶的导电性越好，接地电阻越低，接地效果越好。
图18. 电荷穿过导电胶层进行接地
电磁屏蔽产品
电磁屏蔽产品的
的可靠性设计
可靠性设计
汽车EMC应用对EMC产品的可靠性有一个严格的要求，导电胶带制品的可靠性很大程度取决于导电胶粘层的可靠性。
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