بهینه‌سازی EMC برای موتورهای برفپاک‌کن در هوآچوان خودرو چندو

کشف کنید که چگونه دستگاه‌های ترکیبی JRN ضد اختلال الکترومغناطیسی و ولتاژ لحظه‌ای جارون، به هوآچوان خودرو چندو کمک کردند تا ولتاژ باقیمانده را 37٪ کاهش دهند، انطباق با استاندارد ISO 7637-2 را بهبود بخشند و زمان اعتبارسنجی را 67٪ کوتاه‌تر کنند.

1. زمینه مشتری: چالش‌های اعتبارسنجی در یک تأمین‌کننده سطح اول خودرو

چنگدو هوآچوان الکتریک، تأمین‌کننده داخلی معروف قطعات خودرو در سطح اول است که بالابر پنجره، برف‌پاک‌کن و سیستم‌های کنترل بدنه را به تعداد زیادی از سازندگان تجهیزات اصلی (OEM) تحویل می‌دهد. پلتفرم موتور برف‌پاک‌کن آنها که بر اساس معماری تغذیه توان 12V DC طراحی شده است، نیازمند ساختاری فشرده و سرعت پاسخگویی بالا می‌باشد. با این حال، مرحله تست EMC به یک گلوگاه مهم تبدیل شد که باعث تأخیر در پروژه گردید.

در آزمون ISO 7637-2، مشتری متوجه موارد زیر شد:

ولتاژ باقیمانده ناشی از روش ولتاژ هدایت شده (سطح 3) از حد مجاز فراتر رفت؛

روش تزریق جریان (سطح 4) تداخل لحظه‌ای معکوس نشان داد؛

قله‌های نویز EMI در حین کموتاسیون موتور بسیار بالا بودند و باعث تداخل با سیگنال CAN کنترل‌کننده می‌شدند.

آنها در ابتدا از ترکیب جذب‌کننده RC و دیود TVS استفاده کردند، اما مشکلات همچنان ادامه داشت: ولتاژ قفل‌شدن TVS به اندازه کافی پایین نبود، جذب RC با تغییرات دما کاهش قابل توجهی داشت، و برای تأیید نتایج نیاز به چندین دور بازآزمایی بود که متوسط چرخه آن تا ۶ هفته طول می‌کشید.

۲. تحلیل مشکل: هزینه طراحی‌های چند مؤلفه‌ای

تیم مهندسی هوچوان در حین آزمایش دو مشکل اصلی را مشاهده کرد:

ولتاژ پیک کموتاسیون تا ۸۰ ولت بالا رفت. هنگامی که موتور برف‌پاک‌کن در حالت سرعت بالا جهت حرکت را تغییر می‌داد، نیروی الکتروموتور معکوس لحظه‌ای از حد تحمل سیستم فراتر می‌رفت و باعث ریست شدن کنترل‌کننده می‌شد.

چگالی طیفی نویز EMI در فرکانس‌های بالا از حد مجاز فراتر رفت. همپوشانی کموتاسیون مدادی و تنظیم سرعت PWM، نویز پهن‌باند ایجاد کرد که در محدوده ۱۰ تا ۲۰۰ مگاهرتز از حد مقررات CISPR 25 عبور کرد.

در حالی که شبکه‌های سنتی RC/TVS می‌توانند به طور جزئی نوسانات را کاهش دهند، نمی‌توانند همزمان با تداخل پهن‌باند و الزامات کم بودن ولتاژ قلاب شدن مقابله کنند.

این دقیقاً پنجره فناوری است که جارون در آن دخالت کرد.

3. راه‌حل: طراحی حفاظت یکپارچه EMC جارون

تیم مهندسی جارون راه‌حل ترکیبی برای این پروژه با استفاده از JRN16B105MXG (1µF، 16VDC، 800A) و JRN16B475MXG (4.7µF، 16VDC، 1200A) پیشنهاد داد.

این دو دستگاه به ترتیب برای جاروبک موتور و تغذیه کنترل‌کننده استفاده می‌شوند تا یک «معماری سرکوب یکپارچه دو گره‌ای» ایجاد کنند.

ویژگی های طراحی

① زمان پاسخ‌دهی زیر 25ns برای سرکوب سریع ضربه‌های ولتاژی؛

② ظرفیت در سطح µF برای فیلتر کردن بهتر فرکانس پایین؛

③ لایه مرکب سرامیکی-واریستوری تضمین‌کننده پایداری ولتاژ باقیمانده پایین است؛

④ سازگار با بسته‌های PCB موجود، بدون نیاز به تغییر مسیرهای سیم‌کشی.

ساختار ترکیبی سرامیک-موو باعث کاهش ولتاژ باقیمانده (<45 ولت) و حذف نویز پهن‌باند شد، بدون نیاز به تغییر در طراحی. این جایگزینی آماده به کار، فرآیند اعتبارسنجی را ساده‌تر کرد.

4. نتایج اعتبارسنجی

آزمون‌ها با استفاده از روش ولتاژ هدایت شده ISO 7637-2 سطح 3 و روش جریان سطح 4 انجام شدند.

نتایج مقایسه آزمون‌ها به شرح زیر است:

پروژه آزمون	راه‌حل سنتی RC+TVS	راه‌حل یکپارچه JRN	میزان بهبود
فشار باقیمانده حداکثر	72V	45V	↓37.5%
نویز الکترومغناطیسی حداکثر (30 مگاهرتز)	−32 دسی‌بل میکروولت	−46 دسی‌بل میکروولت	↓14 دسی‌بل
استفاده از برد مدار چاپی	100%	42%	↓58%
چرخه تأیید	6 هفته	2 هفته	↓67%
انحراف از ثبات	±8%	±2%	بهبود پایدار

تحلیل نتایج: در دمای 25°C و 85°C، طرح JRN دارای قفل‌شدگی پایدار بوده و شکل موج ولتاژ باقیمانده هموار بوده و بدون جهش دومینه است.

پس از 50 پالس متوالی، دستگاه هیچ گونه تخریبی نشان نداد و پایداری حرارتی عالی آن را نشان داد.

5. بازخورد مشتری و تأثیر بر تولید انبوه

تیم مهندسی هوآچوان در مرحله نمونه اولیه بازخورد زیر را ارائه کرد:

"راهکار یکپارچه امکان گذراندن تمام آزمون‌ها را در یک مرحله فراهم کرد. قبلاً ما مجبور بودیم پارامترها را مکرراً تغییر دهیم؛ اما اکنون نیازی به عیب‌یابی نیست."

در مرحله تولید انبوه، مشتری گزارش داد:

هر ماژول موتور ۳ قطعه کمتر داشت؛

هزینه هر BOM حدود ۰٫۱۲ دلار کاهش یافت؛

زمان اعتبارسنجی ۴۰ ساعت کاهش یافت؛

نرخ موفقیت آزمون EMC به ۹۸٫۵٪ افزایش یافت.

۶. خلاصه فنی و یادگیری‌های کلیدی

① دستگاه‌های یکپارچه EMC برای کاربردهای چندموتوری مانند برف‌پاک‌کن‌ها، بالابر شیشه‌ها، صندلی‌ها و درب عقب مناسب هستند.

② خازن در حوالی µF برای سرکوب فرکانس پایین بسیار حیاتی است و به طور قابل توجهی نویز کموتاسیون را کاهش می‌دهد.

③ قرارگیری بسته و نزدیک به منبع تداخل برای موفقیت بسیار مهم است؛ هرچه مسیر کوتاه‌تر باشد، سرکوب کنندگی مؤثرتر است.

تست حلقه بسته: مدل PSpice همراه با اسکریپت‌های ISO چرخه تأیید را کوتاه می‌کند.

7. ارزش تجاری و تأثیر صنعتی

این مورد نشان‌دهنده یک تغییر ساختاری در طراحی الکترونیک خودرو از «انباشت چند دستگاهی» به «ادغام عملکردی» است.

سری JRN با ویژگی‌های ولتاژ قلاب پایین، پاسخ سریع و رد شدن از باند وسیع، نه تنها چالش‌های تأیید را حل می‌کند، بلکه استانداردسازی زنجیره تأمین را نیز تسهیل می‌کند و به مشتریان کمک می‌کند تا به سرعت پلتفرم‌های جهانی را تحت استانداردهای ISO و CISPR بپذیرند.