Integrierte EMC-Lösung für Automotive-Gleichstrommotoren

1. Branchenhintergrund: EMV wird zu einem verborgenen Risiko bei Automotive-Motoren

In modernen Fahrzeugen arbeiten mehr als zwanzig Gleichstrommotoren gleichzeitig – für Fensterheber, Scheibenwischer, Heckklappen, Sitzverstellungen, Kraftstoffpumpen und HVAC-Lüfter. Jeder Motor erzeugt elektromagnetische Störungen (EMI) und transiente Überspannungen, die über Leitungsstränge laufen und Steuergeräte stören können. Diese Störungen können Kommunikationsfehler oder dauerhafte Schäden verursachen, wenn sie nicht ordnungsgemäß gefiltert werden.

Traditionelle Schutznetzwerke verwenden RC-Entstörnetzwerke, TVS-Dioden und EMI-Kondensatoren. Dieser Ansatz mit mehreren diskreten Bauteilen führt jedoch zu hohen Stücklistenkosten, großem Platzbedarf auf der Leiterplatte, geringer Konsistenz und längeren Validierungszyklen. Da die Automobilhersteller zunehmend auf modulare und kompakte Designs setzen, wird integrierter EMC-Schutz unverzichtbar.

2. Technologischer Durchbruch: Die integrierte EMI- und Überspannungsschutzlösung JRN/JRT

Die JRN/JRT-Serie von Jaron verwendet eine mehrschichtige keramische MOV-Verbundstruktur, die in einem einzigen Bauelement EMI-Filterung, Spannungsbegrenzung und Energieabsorption bietet. Durch diese Integration werden bis zu drei diskrete Bauteile ersetzt, wodurch die Konstruktion vereinfacht und die Gesamtstabilität verbessert wird.

Wichtige Spezifikationen

Jedes Bauteil kann Überspannungen bis zu 1200 A mit einer Reaktionszeit unter 25 ns unterdrücken und bietet dabei eine Kapazität von bis zu 4,7 µF für breitbandige EMI-Filterung. Es erfüllt die Normen ISO 7637-2 und ISO 16750-2 und eignet sich ideal für Zulieferer der Stufe 1 und 2 im Automobilbereich.

3. Funktionsprinzip: Schnelle Reaktion und geringe Restspannung

• EMI-Filterebene: Verwendet keramisches Material mit hoher Dielektrizitätskonstante, um einen niederohmigen, hochfrequenten Pfad zu schaffen, der Schalttransienten und Kommutierungsgeräusche der Kohlebürsten wirksam reduziert.
• Varistor-Absorptionsschicht: Nutzt die Hochspannungsleitfähigkeit von MOV-Chips, um Überspannungsenergie abzuleiten und nach Masse abzuleiten.
  
• Kollaborative Steuerung: Die Abstimmung der dielektrischen Dicke mit dem nichtlinearen Koeffizienten gewährleistet eine stabile Begrenzungsspannung und eine kurze Ansprechzeit.

Dieses Hybrid-Design stellt einen reibungslosen Übergang von hoher Impedanz in den Klemmzustand innerhalb von Nanosekunden sicher und vermeidet Spannungsüberschwinger.

4. Validierung und Testergebnisse

Fall A: Chengdu Huachuan Denso (Scheibenwischer/Fensterhebersystem)

• Plattformspannung: 12 V
• Herkömmliche Lösung: RC + TVS
• Ersatzlösung: JRN16B105MXG (1 µF, 16 VDC, 800 A)
• Prüfnorm: ISO 7637-2 Level 3

Ergebnisvergleich:

• Restspannung um 38 % reduziert (von 72 V auf 45 V)
• EMI-Strahlung um 18 dB reduziert
• PCB-Fläche um 58 % eingespart
• Produktionskonsistenz um 30 % verbessert

Fall B: Wenzhou Shenghuabo (Sitzmotor/Heckklappensystem)

• Plattformspannung: 24 V
• Bauteil: JRT26B225MXG (2,2 µF, 26 VDC, 800 A)
• Prüfnorm: ISO 16750-2 Lastabwurf
• Ergebnisse: Überspannungsspitze unter 82 V kontrolliert, Level-4-Test bestanden; hervorragende thermische Stabilität, keine Verschlechterung nach 50 Impulsen.

5. Vergleichsanalyse: Vorteile des integrierten Ansatzes

Die integrierte Lösung reduziert die Anzahl der Komponenten um bis zu 70 %, verkürzt die Validierungszeit und verbessert die Zuverlässigkeit. Sie vereinfacht das Design und gewährleistet gleichzeitig eine robuste Einhaltung der ISO- und CISPR-Normen.

6. Layout- und Implementierungstipps

• Das Gerät sollte so nah wie möglich am Bürstenende des Motors platziert werden, mit kürzestem Abstand zur Erdungsschleife;
• In abgeschirmten Erdungssystemen sollte es zunächst mit der Haupterdung oder der Gehäuseerdung verbunden werden;
• Bei Anwendungen mit langen Kabelbäumen können zwei Geräte parallel geschaltet werden, um die Konsistenz zu erhöhen;
• Unterstützt Reflow-Simulation und PSpice-Modellierung zur Systemoptimierung.

7. Ausblick: Hin zu modularem EMV-Schutz

Mit der Aktualisierung der ISO-Normen und der Standardisierung von OEM-Plattformen wird integrierter Schutz zu einem Trend in der Automobil-Elektronik.

Das Designkonzept der JRN/JRT-Serie wird von der Tier-1-Zulieferkette zunehmend für Anwendungen wie BCMs, Motorsteuermodule und intelligente Sitzsysteme übernommen. Innerhalb der nächsten drei Jahre werden integrierte Schutzlösungen voraussichtlich mehr als 70 % der herkömmlichen RC-Netzwerkdesigns ersetzen.

8. Schlussfolgerung

Die JRN/JRT-Serie bietet drei Funktionen in einem Bauelement – EMI-Suppression, Überspannungsableitung und Energieabsorption.
Mit einer Reaktionszeit unter 25 ns und Kapazitäten auf µF-Niveau vereinfacht sie das Schaltungsdesign, senkt die BOM-Kosten und gewährleistet die Konformität mit den ISO-Automobilstandards.
Für globale Tier-1- und Tier-2-Zulieferer markiert diese Integration einen entscheidenden Schritt hin zu intelligenterer, schnellerer und sicherer Automotive-Elektronik.

Automotive EMC | EMI+Überspannung Integriert | JRN-Serie | Gleichstrommotor-Schutz | ISO 7637-2