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GB/T 21437 consists of the following parts, under the general title Road Vehicles — Electrical Disturbances from Conduction and Coupling:
— Part 1: Definitions and General Considerations;
— Part 2: Electrical Transient Conduction along Supply Lines Only;
— Part 3: Electrical Transient Transmission by Capacitive and Inductive Coupling Via Lines Other Than Supply Lines.
This part is Part 2 of GB/T 21437. It is identical with International Standard ISO 7637-2:2004 Road Vehicles — Electrical Disturbances from Conduction and Coupling — Part 2: Electrical Transient Conduction along Supply Lines Only.
Editorial changes are as follows: addition of the Notes of UA and UB in Table 1.
Annexes A, C and D of this part are normative, and Annexes B, E and F are informative.
This part was proposed by National Development and Reform Commission.
This part is under the jurisdiction of National Technical Committee of Auto Standardization.
Road Vehicles — Electrical Disturbances from Conduction and Coupling — Part 2: Electrical Transient Conduction along Supply Lines Only
1 Scope
This part specifies bench tests for testing the compatibility to conducted electrical transients of equipment installed on passenger cars and light commercial vehicles fitted with a 12 V electrical system or commercial vehicles fitted with a 24 V electrical system — for both injection and the measurement of transients. Failure mode severity classification for immunity to transients is also given in this part.
This part is applicable to these types of road vehicle, independent of the propulsion system (e.g. spark ignition or diesel engine, or electric motor).
2 Normative References
The following normative document contains provisions which, through reference in this text, constitute provisions of this part of GB/T 21437. For dated references, subsequent amendments to, or revisions of, any of these publications do not apply. However, parties to agreements based on this part are encouraged to investigate the possibility of applying the most recent edition of the normative document indicated below. For undated references, the latest edition of the normative document referred to applies.
GB/T 21437.1 Road Vehicles — Electrical Disturbances from Conduction and Coupling — Part 1: Definitions and General Considerations (GB/T 21437.1-2008, ISO 7637-1:2002, IDT);
ISO 8854:1988 Road Vehicles — Alternators with Regulators — Test Methods and General Requirements
3 Terms and Definitions
For the purpose of this document, the terms and definitions given in GB/T 21437.1 apply.
4 Test Procedure
4.1 General
These tests for measuring the transient emission on supply lines and the immunity of devices against such transients are called “bench tests”, made in the laboratory. The methods, some of which require the use of the artificial network, will provide comparable results between laboratories. They will also give the basis for the development of devices and systems, and may be used during the production phase (see Annex B).
A bench test method for the evaluation of the immunity of a device against supply line transients may be performed by means of a test pulse generator; this may not cover all types of transients which can occur in a vehicle. Therefore, the test pulses described in 5.6 are characteristic of typical pulses. In special cases, it could be necessary to apply additional test pulses. However, some pulses may be omitted if a device, depending on its function or its connection, is not influenced by comparable transients in the vehicle. It is the vehicle manufacturer's responsibility to define the test pulses required for a specific device.
Unless otherwise specified, a tolerance of ±10% applies to all variables used.
4.2 Test temperature and test voltage
The ambient temperature during the test shall be (23 ± 5)℃.
The test voltages shall be according to Table 1 unless other values are agreed upon by the users of this part, in which case such values shall be documented in test reports.
Table 1 Test Voltages
Test voltage 12 V system (V) 24 V system (V)
UA 13.5±0.5 27±1
UB 12±0.2 24±0.4
Note 1: UA is the test voltage when the generator is running.
Note 2: UB is the test voltage for battery operation.
4.3 Voltage transient emissions test
This subclause specifies a test procedure for evaluating the automotive electrical and electronic components of the device under test (DUT), considered a potential source of conducted disturbances, for conducted emissions of transients along the battery-fed or switched supply lines. Care shall be taken to ensure that the surrounding electromagnetic environment does not interfere with the measurement set-up.
Voltage transients from the disturbance source, the DUT, are measured using the artificial network to standardize the impedance loading on the DUT (see 5.1). The disturbance source is connected via the artificial network to the shunt resistor, Rs (see 5.2), the switch, S (see 5.3), and the power supply (see 5.4), as shown in Figure 1 a) or b). All wiring connections between artificial network, switch, and the DUT shall be spaced 500+10 mm above the metal ground plane. The cable sizes shall be chosen in accordance with the real situation in the vehicle, i.e. the wiring shall be capable of handling the operating current of the DUT, and as agreed between vehicle manufacturer and supplier.
Dimensions in millimeters
a) Slow pulses (millisecond range or slower)
b) Fast pulses (nanosecond-to-microsecond range)
1 — oscilloscope or equivalent;
2 — voltage probe;
3 — artificial network;
4 — DUT (source of transient);
5 — ground plane;
6 — power supply;
7 — Ground connection; length < 100 mm.
For A, B, P, see Figure 3.
Figure 1 Transient Emission Test Set-up
If no requirements are specified in the test plan, then the DUT shall be placed on a non-conductive material 500+10 mm above the ground plane.
The disturbance voltage shall be measured as close to the DUT terminals as possible [see Figure 1 a) or b], using a voltage probe (see 5.5.2) and an oscilloscope (see 5.5.1) or waveform acquisition equipment (see 5.5.3). Repetitive transients shall be measured with the switch S closed. If the transient is caused by a supply disconnection, measurement shall be started at the moment of opening switch S. For evaluation and values, see Annex C.
DUT operating conditions of particular interest in the measurements are the turn on, the turn off, and the exercising of the various operating modes of the DUT. The exact operating conditions of the DUT shall be specified in the test plan. The sampling rate and trigger level shall be selected to capture a waveform displaying the complete duration of the transient, with sufficient resolution to display the highest positive and negative portions of the transient. Utilising the proper sampling rate and trigger level, the voltage amplitude shall be recorded by actuating the DUT according to the test plan. Other transient parameters, such as rise time, fall time and transient duration, may also be recorded. Unless otherwise specified, ten waveform acquisitions are required. Only those waveforms with the highest positive and negative amplitude (with their associated parameters) shall be recorded.
The measured transient shall be evaluated according to Annex C. All pertinent information and test results shall be reported. If required per the test plan, include transient evaluation results with respect to the performance objective as specified in the test plan.
Foreword II
1 Scope
2 Normative References
3 Terms and Definitions
4 Test Procedure
5 Test Instrument Description and Specifications
Annex A (Normative) Failure Mode Severity Classification
Annex B (Informative) General Technique for Improving Device Electromagnetic Compatibility
Annex C (Normative) Transient Emissions Evaluation — Voltage Waveform
Annex D (Normative) Test Pulse Generator Verification Procedure
Annex E (Informative) Determination of Pulse Generator’s Energy Capability
Annex F (Informative) Origin of Transients in Road Vehicle Electrical Systems
ICS 43.040.10
T 35
中华人民共和国国家标准
GB/T 21437.2—2008/ISO 7637—2:2004
道路车辆 由传导和耦合引起的电骚扰
第2部分:沿电源线的电瞬态传导
Road vehicles—Electrical disturbances from conduction and coupling—
Part 2:Electrical transient conduction along supply lines only
(ISO 7637—2:2004,IDT)
2008-02-15发布 2008-09-01实施
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局
中国国家标准化管理委员会
发布
前言
GB/T 21437《道路车辆 由传导和耦合引起的电骚扰》包括三个部分:
——第1部分:定义和一般描述;
——第2部分:沿电源线的电瞬态传导;
——第3部分:除电源线外的导线通过容性和感性耦合的电瞬态发射。
本部分为GB/T 21437的第2部分,等同采用ISO 7637—2:2004《道路车辆 由传导和耦合引起的电骚扰 第2部分:沿电源线的电瞬态传导》制定。
编辑性修改为:在表1中对UA、UB加注。
本部分附录A、附录C、附录D为规范性附录,附录B、附录E、附录F为资料性附录。
本部分由国家发展与改革委员会提出。
本部分由全国汽车标准化技术委员会归口。
道路车辆 由传导和耦合引起的电骚扰
第2部分:沿电源线的电瞬态传导
1 范围
本部分规定了安装在乘用车及12 V电气系统的轻型商用车或24 V电气系统的商用车上设备的传导电瞬态电磁兼容性测试的台架试验,包括瞬态注入和测量。本部分还规定了瞬态抗扰性失效模式严重程度分类。
本部分适用于各种动力系统(例如火花点火发动机或柴油发动机,或电动机)的道路车辆。
2规范性引用文件
下列文件中的条款通过GB/T 21437的本部分的引用而成为本部分的条款。凡是标注日期的引用文件,其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本部分。然而,鼓励根据本部分达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不标注日期的引用文件,其最新版本适用于本部分。
GB/T 21437.1 道路车辆 由传导和耦合引起的电骚扰 第1部分:定义和一般描述(GB/T 21437.1—2008,ISO 7637—1:2002,IDT);
ISO 8854:1988道路车辆 带调节器的交流发电机 试验方法和一般要求 Road vehicles—Alternators with regulators—Test methods and general requirements
3术语和定义
GB/T 21437.1确立的术语和定义适用于本部分。
4试验规程
4.1 一般规定
本部分内容所涉及的电源线瞬态发射测量和装置的瞬态抗扰性试验均为“台架试验”,在试验室中进行。一些试验方法中要求使用人工网络,提供了试验室之间试验结果的可比性。这些方法还可以作为装置和系统的开发依据,并可在生产阶段使用(见附录B)。
评估装置的电源线瞬态抗扰性的台架试验,可以采用试验脉冲发生器的方法,但这种方法并没有涵盖所有可能出现在车辆上的各种瞬态,5.6所描述的试验脉冲只是典型脉冲的特性。在特殊情况下,可附加试验脉冲。如某装置因其功能或连接状况,而不受车辆内类似瞬态的影响,一些脉冲可以被忽略。车辆制造商可对特定的装置定义试验脉冲。
除非另有规定,变量允许误差为±10%。
4.2试验温度和试验电压
试验期间,周围环境温度应为23℃±5℃。试验电压应符合表1的规定。如果本部分内容使用者对采用其他值达成一致意见,在试验报告中应加以注明。
表1试验电压
试验电压 12 V系统/V 24 V系统/V
UA 13.5±0.5 27±1
UB 12±0.2 24±0.4
注1:UA为发电机工作时的试验电压。
注2:UB为电池供电时的试验电压。
4.3 电压瞬态发射试验
规定了DUT(被测装置)的汽车电子电气部件沿电池供电线或开关电源线的瞬态传导发射的试验评价程序,该DUT为潜在的传导骚扰源,测量布置不得受周围电磁环境的干扰。
为规范DUT的负载阻抗,测量来自骚扰源DUT的电压瞬态应采用人工网络(见5.1)。骚扰源经人工网络与并联电阻Rs(见5.2),开关S(见5.3)以及电源(见5.4)相连接。如图1a)或图1b)所示。人工网络、开关和DUT之间的所有连接配线均应置于金属接地平板上方50 mm处。电缆长短应按照车辆的实际使用情况选择,即配线应能承受DUT的工作电流,并在车辆制造商与供应商达成一致后确定。
单位为毫米
a)慢脉冲(毫秒范围或更慢)
b)快脉冲(纳秒至微秒范围)
1——示波器或等效设备;
2——电压探头;
3——人工网络;
4——DUT(瞬态源);
5——接地平板;
6——电源;
7——接地线;长度小于100 mm。
点A、点B、点P见图3。
图1瞬态发射试验布置
如果在试验计划中未明确规定,DUT应置于接地平板上方的非导电材料(材料厚度50 mm)上。
采用电压探头(见5.5.2)和示波器(见5.5.1)或波形采集设备(见5.5.3)测量骚扰电压时,应尽可能靠近DUT的接线端[见图1a)或图1b)]。重复性的瞬态应在开关S闭合时测量。如果瞬态是电源线断开引起的,测量应在开关S断开时进行。有关评价和各种数值见附录C。
DUT应在断开、闭合以及各种不同的工作模式下进行测量。应将DUT准确的工作情况在试验计划中指明。应对取样率及触发电平进行选择,以便获取显示完整瞬态宽度的波形,并具有足够高的分辨率以显示瞬态的最大正、负值部分。应使用合适的取样率和触发电平,按照试验计划操作DUT,并记录电压幅度。其他的瞬态参数,例如上升时间,下降时间以及瞬态宽度也应记录下来。除非有另行规定,要求采集10个波形。记录含有最大正幅度和最大负幅度(及与之相关的参数)的波形。
按照附录C,评价测量的瞬态。应记录所有相关的信息和试验结果。如果要求有试验计划,应包括与试验计划规定的性能指标有关的瞬态评价结果。
4.4瞬态抗扰性试验
电气/电子装置的瞬态抗扰性测量试验应按照图2布置。对试验脉冲3a和3b,试验脉冲发生器端口与DUT之间的导线应平行布置在接地平板上方50 mm处,长度应为0.5 m±0.1 m。
在DUT和电阻Rv断开状态下,调整试验脉冲发生器(见5.6),以产生特定的脉冲极性、幅度、宽度和阻抗。从附录A中选择合适的值。然后使DUT与脉冲发生器连接[见图2b)],同时断开示波器。
根据实际情况,可在施加试验脉冲和/或之后期间,对DUT的功能进行评价。
为了准确产生所需的试验脉冲,需要将电源闭合和断开。如果试验脉冲发生器自带电源,这种转换过程可由试验脉冲发生器完成。
模拟具有集中抛负载抑制的交流发电机波形的方法之一(见图12),是将一抑制二极管(或二极管桥)与试验脉冲发生器的输出端子连接起来[见图2a)和2b)]。由于单个二极管一般会有差异,且有可能无法承受发电机的大电流,建议使用二极管桥型布置[如图2c)示例]。对试验脉冲5a和5b应使用同样的脉冲发生器。
a) 脉冲调整
图2 瞬态抗扰性试验装置
b)脉冲注入
c) 只用于试验脉冲5b的抑制二极管桥的示例
1——示波器或等效设备;
2——电压探头;
3——电源内阻为R的试验脉冲发生器;
4——DUT;
5——接地平板;
6——接地线(试验脉冲3的最大长度为100 mm);
7——电阻Rva;
8——二极管桥b。
a用于模拟车辆系统负载的抛负载试验脉冲5a和5b。采用Rv时,其大小应在试验计划中指明(典型值介于0.7 Ω与40 Ω之间)。
b用于模拟具有集中抛负载抑制的交流发电机抛负载波形的脉冲5b[见图2c)]。
c增加正向偏压二极管以便达到最大开路(抑制)电压。
图2(续)
不同汽车制造商使用的抑制二极管和抑制电压电平(箝位电压)是非标准的,供应商(零部件制造商)必须从制造商处获得二极管和箝位电压的规格信息以便完成本试验。在二极管桥上,需要增加多个单二极管,以提供特定的箝位电压。
5试验仪器及要求
5.1 人工网络
人工网络代替车辆线束的阻抗,在实验室中用作参考标准,以测定设备及电气和电子装置的性能。图3为人工网络示意图。
人工网络应能承受与DUT要求相一致的连续负载。
图4给出了在理想的电气元件情况下,当A端和B端短路时,在P端和B端之间测得的阻抗|ZPB|值随频率变化的曲线。实际上,一个人工网络的阻抗不应偏离图4所示曲线的10%以上。
如果人工网络有金属壳体,应将它平放在接地平板上。电源接地端应与接地平板连接,如图1a)和1b)所示。
A——电源端;
B——公共端(可以接地);
C——电容;
L——电感;
P——DUT端;
R——电阻。
各种元件的主要特性:
L=5μH(空心线圈);
P端和A端之间的内阻:<5 mΩ;
C=0.1μF在交流电200 V工作电压和直流电1 500 V工作电压时;
R=50 Ω。
图3人工网络
5.2并联电阻Rs
并联电阻Rs(见图1)用于模拟与DUT并联的车辆的其他电气装置的直流电阻。这些电气装置与DUT的连接不受点火开关控制。选择的Rs相当于开关断开时,在断开的点火开关端和地之间的线束上测得的电阻,其值应由车辆制造商确定。在没有任何明确值时,应使用Rs=40 Ω。如果使用线绕电阻,应为双绕电阻(即具有最小电抗分量)。
为了模拟最坏条件,可将Rs断开。
|ZPB|——阻抗,单位为欧姆(Ω);
f——频率,单位为赫兹(Hz)。
图4频率从100 kHz到100 MHz的阻抗|ZPB|作为频率的函数变化曲线(A端和B端短路)
5.3开关S
根据实际应用,如图1所示,开关装置S可以安装在人工网络的任何一侧。为了测量快速瞬态(td,μs范围),应使人工网络与DUT一侧的开关动作。
在试验过程中,仅让图1所示的开关装置之一动作(其他的开关装置的触点应闭合)。在试验前,应将选择的开关装置在试验计划中写明,并写进试验报告中。
由于开关S在很大程度上影响瞬态骚扰特性,推荐的开关装置描述如下:
a)测量高电压瞬态(幅度超过400 V)时,安装DUT的车辆,推荐使用的开关装置为标准的产品开关。如果没有此类装置,应使用具有下列特性的汽车继电器:
——触点电流额定值I=30 A,连续电阻性负载;
——高纯度银制触点材料;
——继电器触点无抑制;
——与线圈电路绝缘的单/双(位置)触点;
——带瞬态抑制的线圈。
触点明显劣化时,应替换开关继电器。
b)要对骚扰进行精确评价,只能使用具有再现特性的开关,建议使用电子开关,其骚扰幅度可能高于传统开关(起电弧),应在评价试验结果时将其考虑进去。电子开关尤其适用于控制抑制器的使用功能。测量低电压(幅度低于400 V)瞬态时,例如低电压瞬态是由具有瞬态抑制的源产生的,应使用具备下列特性的电子开关:
——在25 A时,最高电压Umax=400 V;
——持续最大电流Imax=25 A,Δt≤1 s时100 A;
——在25 A时,电压降ΔU≤1 V;
——试验电压UA1=13.5 V,UA2=27 V;
——带DUT,切换时间Δts=300 ns±20%;
——R=0.6 Ω,L=50 μH(1 kHz);
——并联电阻Rs=10 Ω,20 Ω,40 Ω及外部连接电阻;
——触发器:内部和外部;
——电压探头:1:100。
开关应具有承受短路的能力。
按照5.1及图3和图4应能够实现人工网络,也应能将其断开(50 Ω的人工网络定义频率至100 MHz)。
5.4 电源
连续电源的内阻Ri应小于直流0.01 Ω。对低于400 Hz的频率,连续电源内部阻抗应为Zi=Ri。输出电压在0负载到最大负载(包括突入电流)之间的变化不应超过1 V,它应在100 μs的时间内恢复其最大幅度的63%。叠加波纹电压Ur的峰-峰值应不超过0.2 V,最低频率应为400 Hz。
当使用标准电源(具有足够的载流量)来模拟电池时,还应模拟电池的低内阻。当使用电池时,需要充电电源达到规定的标准电平(分别为13.5 V和27 V)。
5.5测量仪器
5.5.1 示波器
最好使用数字示波器(最小单行程扫描采样频率为2 GHz/s,带宽为400 MHz,输入灵敏度至少为5 mV/刻度)。如果没有数字示波器,可使用模拟长余辉同步示波器,应满足下列最低要求:
——带宽:从直流到至少400 MHz;
——记录速度:至少100 cm/μs;
——输入灵敏度:至少5 mV/刻度。
可以使用示波器照相记录仪或任何其他合适的记录装置进行记录。
5.5.2 电压探头
电压探头的特性如下:
——衰减:100/1;
——最大输入电压:至少1 kV;
——输入阻抗Z和电容C,按照表2规定;
——电压探头电缆线最大长度:3 m;
——电压探头接地线最大长度:0.13 m。
各线的长度会影响测量结果,应在试验报告上标明。
表2电压探头参数
f/
MHz Z/
kΩ C/
pF
1 >40 <4
10 >4 <4
100 >0.4 <4
5.5.3波形采集设备
可以使用能够采集快速上升时间的瞬态波形设备,以代替示波器。
5.6抗扰性测试的试验脉冲发生器
试验脉冲发生器应能在|Us|为最大值时产生5.6.1至5.6.5的开路试验脉冲,Us应在表3至表9的限值内可调。峰值电压Us应调节至附录A规定的试验电平,误差为( )%。除非另有规定,计时(t)误差和内阻(Ri)误差应为±20%。
试验脉冲发生器的误差和性能验证程序见附录D。评价装置抗扰性的推荐值见附录A。
5.6.1 试验脉冲1
模拟电源与感性负载断开连接时所产生的瞬态现象,适用于各种DUT在车辆上使用时与感性负载保持直接并联的情况(见附录F)。脉冲形式见图5,相应的参数见表3。
图5试验脉冲1
表3试验脉冲1参数
参 数 12 V系统 24 V系统
Us -75 V~-100 V -450 V~-600 V
Ri 10 Ω 50 Ω
td 2 ms 1 ms
tr (1 )μs
(3 )μs
t1a 0.5 s~5 s
t2 200 ms
t3b <100 μs
a所选择的t1应保证在施加下一个脉冲前,DUT被正确初始化。
b t3为断开电源与施加脉冲之间所需的最短时间。
5.6.2试验脉冲2a和2b
脉冲2a模拟由于线束电感使与DUT并联的装置内电流突然中断引起的瞬态现象(见附录F)。脉冲2b模拟直流电机充当发电机,点火开关断开时的瞬态现象(见附录F)。脉冲形式分别见图6和图7,参数分别见表4和表5。
图6试验脉冲2a
表4试验脉冲2a参数
参 数 12 V系统 24 V系统
Us +37 V~+50 V
Ri 2Ω
td 0.05 ms
tr (1 )μs
t1a 0.2 s~5 s
a根据开关的情况,重复时间t1可短些。使用短的重复时间可以缩短试验时间。
图7试验脉冲2b
表5试验脉冲2b参数
参 数 12 V系统 24 V系统
Us 10 V 20 V
Ri 0 Ω~0.05 Ω
td 0.2 s~2 s
t12 1 ms±0.5 ms
tr 1 ms±0.5 ms
t6 1 ms±0.5 ms
5.6.3试验脉冲3a和3b
模拟由开关过程引起的瞬态现象。这些瞬态现象的特性受线束的分布电容和分布电感的影响(见附录F)。3a和3b的试验脉冲形式分别见图8和图9,参数分别见表6和表7。
图8试验脉冲3a
表6试验脉冲3a参数
参 数 12 V系统 24 V系统
Us -112 V~-150 V -150 V~-200 V
Ri 50 Ω
td (0.1 )μs
tr 5 ns±1.5 ns
t1 100 μs
t4 10 ms
t5 90 ms
图9试验脉冲3b
表7试验脉冲3b参数
参 数 12 V系统 24 V系统
Ua +75 V~+100 V +150 V~+200 V
Ri 50 Ω
td (0.1 )μs
tr 5 ns±1.5 ns
t1 100 μs
t4 10 ms
t5 90 ms
5.6.4试验脉冲4
试验脉冲4模拟内燃机的起动机电路通电时产生的电源电压的降低,不包括起动时的尖峰电压(见附录F)。脉冲的形式和参数见图10和表8。
图10试验脉冲4
表8试验脉冲4参数
参 数 12 V系统 24 V系统
Us -6 V~-7 V -12 V~-16 V
Ua -2.5 V~-6 V并且|Ua|≤|Us| -5 V~-12 V并且|Us|≤|Us|
Ri 0 Ω~0.02 Ω
t7 15 ms~40 msa 50 ms~100 msa
t8 ≤50 ms
t9 0.5 s~20 sa
t10 5 ms 10 ms
t11 5 ms~100 msb 10 ms~100 msc
a车辆制造商和设备供应商应对该值进行协商,以满足所提申请的要求。
b t11=5 ms是曲轴转动后发动机起动时的典型值,而t11=100 ms是发动机未起动的典型值。
c t11=10 ms是曲轴转动后发动机起动时的典型值,而t11=100 ms是发动机未起动的典型值。