高压共轨系统核心电路的EMC分析与设计
摘要：基于电控柴油机ECU的软硬件结构，分析和探讨高压共轨系统核心电路的EMC问题，从电路控制和PCB布板两方面对其进行电磁兼容性设计。台架实验表明，改进后的高压共轨系统核心驱动模块的抗干扰性能已能够满足车用柴油机的电磁环境。
关键词：高压共轨系统；核心驱动模块；PCB布板；电磁兼容性
中田分类号：U262.11
文献标识码：A
文章编号：1671－7597(2010)0720045－01
0 引言
共轨系统优势在于其灵活可控的喷油规律，喷油器快速响应特性是实现多次喷射的前提，为实现喷油器快速响应，喷油器电磁阀以高压方式驱动。由于高压共轨的这种驱动方式，为整个系统带来了相应的EMC问题，影响产品的可靠性。本文在共轨系统基本控制策略研究的基础上，分析了共轨驱动模块中核心电路的EMC性能，提出了切实可行的解决方法。
1 电路原理
通过升压电路产生高压源，喷油器驱动时释放高压，从而大幅提高喷油器动态响应，缩短喷油器打开延迟。驱动模块利用升压电路给电容充电，当到达设定电压时，喷油器驱动电路开始工作，同时升压控制模块禁止升压电路工作。当喷油器关闭时，升压控制模块激活升压电路继续工作，为下一次喷油器工作提供足够的高压。
2 高压共系统ECU的EMC设计
在电路原理设计和印制电路板的布线设计这两个阶段，采取针对性的EMC措施，进行ECU的功能设计和EMC设计。
2.1电源电路的设计
接插件的设计和布置是ECU的EMC设计的重要环节，而电源电路的设计也会对EMC性能有重要影响。ECU电源设计中，模拟信号电源和数字信号电源分离，一是为了避免数字电路产生的高频干扰通过电源耦合进模拟电路，二是为了避免外接传感器和线束通过电源对ECU的干扰。输入从24V蓄电池直接引入，由于与发动机其它用电设备共用一个电源，其它设备的干扰会通过电源耦合到ECU。为此在电源输入端加入LC滤波网络，同时选用与负载想匹配的容值和耐压的电解电容作储能电容。为了避免在输入端短路、电压瞬间变大、输入电压极性接反等情况下造成电源电路及其集成芯片的损坏，在输入端正极需接入保护二极管。
2.2模拟电路EMC设计
ECU中的模拟信号有蓄电池电压、油门位置、电磁阀维持电流、油温和水温等。ECU中的模拟电路主要分为开关量采集电路和模拟量采集电路。开关量采集电路设计中分别对高电位(12V／24V)开关量和低电位开关量进行采集，各路都集成了smitt功能，对输入开关量信号进行整形，提高电路对输入信号的抗干扰能力。
模拟量采集电路按照外部PBOOST、PFUEL、BRAO、PFULL、ACC1、ACC2各传感器特性采用上拉或下拉电阻进行匹配，而后利用电压跟随电路对输入(1-4V，频率 2.3 ECU电路印制电路板EMC设计 考虑到ECU系统内外复杂的干扰源和耦合通道以及其工作的特殊重要性，所以ECU采用四层电路板，中间两层分别为电源层和地线层。接地设计有两个基本目的：消除各支路电流流经公共地线时所产生的噪声电压：避免受磁场和地电位差的影响，形成地环路。为达到以上目的，ECU控制电路的接地设计中采取了地线分流的措施，主要是将功率电路地线和信号电路地线分线，数字电路地线和模拟电路地线分线，减少公共地阻抗造成的信号串扰。电源层分成逻辑电路电源、放大器供电电源和传感器电源。 3 仿真及实验 电磁兼容性的设计是一种系统的方法，贯穿于电子产品的开发过程，每个阶段都要对电磁兼容性进行评估。为验证本设计模块的喷油器驱动效果，进行油泵台架试验。实验结果如图1、2所示。 实验结果显示，添加适当的EMC措施后，喷油器驱动电流波形明显改善。通过本次电磁兼容设计，共轨系统电控单元的抗干扰性能得到了进一步的提高。