摘要
摘要：本文从浪涌抗扰度原理出发，分析了导致车载显示器浪涌抗扰度试验故障的可能性因素，并针对提出相应的整改措施，从所有的整改措施中选择最优方案，并通过试验验证将显示器抗干扰等级提升了接近1倍，有效保证了显示器的电磁兼容性能。 关键词：浪涌抗扰度；车载显示器； 0.引言 车载显示器主要用于显示当前车辆的状态信息以及与地面信号的通信信息，当显示器遭遇不可恢复性故障时，将严重影响车辆的行车安全。在装车运行前，需对显示器进行电磁兼容试验，当开展浪涌抗扰度试验时，显示器内部电源器件烧毁，导致显示器无法正常启动。 1.浪涌抗扰度原理 浪涌主要是模拟雷击和切换瞬变引起的干扰，根据标准GB/T17626.5中对浪涌冲击抗扰度的要求，原理示意图如图1所示。 图1 浪涌抗扰度测试原理图 图中浪涌发生器输出标准浪涌信号，通过耦合网络串联在电源线路中施加给被试设备（EUT），AE为被试设备所需辅助设备。 浪涌发生器输出波形由开路电压波形和短路电流波形同时定义，应在未连接EUT时来测量，发生器原理图如下 图2 浪涌发生器原理图 其中U为高压源，Rc为充电电阻，Cc为储能电容，Rs为脉冲持续时间形成电阻，Rm为阻抗匹配电阻，Lr为上升时间形成电感，通过选择不同元件Rs1、Rs2、Lr和Cr的值，来使得发生器输出标准的浪涌波形，本试验采用的标准波形为1.2/50us开路电路波形和8/20us短路电流波形。 2.浪涌抗扰度故障现象分析 根据标准要求对车载显示器施加差模（线-线±1kV）和共模（线-地±2kV）等级抗扰度，其中在施加共模干扰时，显示器内部电源模块器件烧毁，导致显示器无法正常启动。 2.1结构分析 对车载显示器施加共模干扰时，其干扰模型的示意图如图3所示。 图3 共模干扰示意图 可以看出，共模干扰主要是通过电源线与地线之间的回路将干扰信号耦合到显示器中，结合故障现象，分析显示器内部结构，如图4所示。 图4 显示器内部结构示意图 从显示器内部结构示意图中，发现电源模块端子与铆钉（黑色部分）距离最短达到1.31mm，但是标准《TB/T 1333.1-2002 铁路应用 机车车辆电气设备 第1部分：一般使用条件和通用规则》中对电气间隙有明确的规定：当额定冲击电压为2.5kV时，PD3等级对应最小电气间隙为1.5mm，所以在施加线地2kV等级干扰时，电气间隙距离可能不够，导致通过铆钉直接耦合至电源模块中，加大了干扰可能性。基于此，对电源模块与机壳间增加0.5mm绝缘垫，来加大铆钉与电源模块之间的绝缘系数。 2.2浪涌防护 浪涌冲击抗扰度对显示器的干扰还有一部分原因是电源模块抗干扰性能不够，检查发现电源模块的防护措施基本上靠自身的性能，没有额外加其他的防护措施。我们知道，在浪涌的防护元器件中，一般分为开关型元器件和钳位型元器件，其中开关型元器件主要代表为压敏电阻，钳位型元器件主要代表为气体放电管。二者区别如下表1[3]： 表1 压敏电阻与气体放电管性能比较 类型 通流能力 响应时间 电容容值 续流现象 压敏电阻 较大 快 大 无 气体放电管 大 慢 小 有 压敏电阻特性为当施加在压敏电阻两端的电压小于阀值电压时，器件呈现无穷大的电阻，即高阻状态；当施加在其两端的电压大于阀值电压时，压敏电阻会瞬间击穿导通，呈现很小电阻值，同时流过的电流急剧增大器件，进而实现电压钳位，当施加在两端的电压恢复正常时，压敏电阻又变为高阻值状态。 而气体放电管在设备正常工作时处于断开状态，当施加的浪涌信号经过气体放电管时，其被击穿进而产生弧光放电，对于显示器这类低压直流（DC110V）电源来说，弧光放电产生的电压可达几十伏，能够有效抑制电源模块的过电压。 结合干扰故障现象，因线-地共模导致电源模块器件损坏，故整改方案可着重在共模回路上增加防护器件，即在显示器电源模块前端正线对地、负线对地分别增加压敏电阻和气体放电管来验证整改效果。 3、效果验证 通过上述分析，制定相应整改方案并进行组合，对电源端施加浪涌抗扰度干扰时，初始等级定为2kV，先确定方案措施是否有效，再逐步加大干扰等级（次/0.2kV）来评定方案的效果性能，待显示器再次出现故障时停止增加干扰。最终测试结果如下表2： 表2 整改方案效果验证 序号 整改方案 可承受等级 （线-线） 1 压敏电阻 3.0kV 2 气体放电管 2.6kV 3 绝缘垫 2.2kV 4 压敏电阻+绝缘垫 3.8kV 5 气体放电管+绝缘垫 3.4kV 可以看出，对于单个方案，压敏电阻的防护效果优于气体放电管和绝缘垫，在组合方案中，压敏电阻和绝缘垫共同方案优于气体放电管和绝缘垫的共同作用，此时可承受等级为3.8kV，比标准试验等级防护提高了接近1倍，为确保车载显示器在车上的抗干扰性能，最终选择压敏电阻和绝缘垫组合方案进行工程化整改。 4结论 通过对车载显示器浪涌干扰现象分析，定位造成干扰故障的可能性因素，逐个排查，最终制定相应的整改措施，并选择最优方案，保证显示器在车辆复杂环境下能够正常运行，提高了车辆的安全性。 参考文献 GB/T17626.5-2019 电磁兼容 试验和测量技术 浪涌(冲击)抗扰度试验 TB/T 1333.1-2002 铁路应用 机车车辆电气设备 第1部分：一般使用条件和通用规则 [3].武鹏，齐玮.压敏电阻在IEC60950-1中的要求解析[J].标准与应用：2020(02):42-45.
出版日期
2021年07月07日（中国期刊网平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）
