CN111934303A

CN111934303A - 一种车辆电控系统的强电磁脉冲防护装置

Info

Publication number: CN111934303A
Application number: CN202010999438.0A
Authority: CN
Inventors: 郑浩月; 马谢; 何小东; 吕剑明; 贺宇; 张琪
Original assignee: China Electronic Technology Cyber Security Co Ltd
Current assignee: China Electronic Technology Cyber Security Co Ltd
Priority date: 2020-09-22
Filing date: 2020-09-22
Publication date: 2020-11-13

Abstract

本发明涉及电磁脉冲技术领域，本发明公开了一种车辆电控系统的强电磁脉冲防护装置，包括相互隔离的电源接口防护电路、发动机接口防护电路和OEM接口防护电路，其中电源接口防护电路包括瞬态抑制电路、滤波电路和延时电路，三者之间顺序级联；瞬态抑制电路包括气体放电管和压敏电阻，用于泄放大电流；滤波电路和延时电路基于LC电路，对共模干扰进行抑制，同时延迟脉冲上升时间。本发明采用切断强电磁脉冲对电控单元接口耦合通道的防护方法，使得对电控系统的强电磁脉冲防护效能达到最大，能有效防护核电磁脉冲、宽带强电磁脉冲、窄带强电磁脉冲对车辆电控系统的损毁。

Description

一种车辆电控系统的强电磁脉冲防护装置

技术领域

本发明涉及电磁脉冲技术领域，尤其涉及一种车辆电控系统的强电磁脉冲防护装置。

背景技术

随着电磁脉冲技术和现代车辆电子技术的发展，车辆面临的电磁安全威胁与防护问题日益突出。强电磁脉冲辐射源通过定向辐射高功率脉冲能量，直接或者间接对车辆发动机的电子控制系统产生电磁效应，造成车辆电子系统失灵或者损毁，从而导致发动机熄火，使其丧失机动性。目前，专门针对车辆平台的电磁脉冲辐射系统，其辐射场强达到上百kV/m，脉冲上升时间为ps级，重复频率不小于100Hz，这对车辆平台电子控制系统的电磁脉冲防护能力提出了更为严苛的要求。因此，迫切需要对车辆平台电控系统进行强电磁防护，提升整车的抗强电磁毁伤能力。

强电磁脉冲主要通过缝隙耦合和线缆耦合进入车辆电控系统内部，特别是通过底盘线缆耦合进入电控系统的威胁最大，瞬态电磁脉冲在线缆上耦合产生的高电压、大电流直接进入电控单元内部，造成电控系统功能失灵或者损坏，从而导致发动机熄火。为使车辆平台具有抗强电磁毁伤的能力，需要对车辆电控系统的信号传输通道进行防护设计，且在防护过程中需要考虑传输阻抗的匹配，保证工作信号传输和电磁脉冲防护的一体化。传统的对车辆电控系统互联线缆采取屏蔽的方案，在强电磁脉冲环境下防护效能不仅无法满足实际需要，而且应用受限，目前还没有专门针对车辆电控系统传输通道进行电磁脉冲防护的装置。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种车辆电控系统的强电磁脉冲防护装置，能有效防护强电磁脉冲对车辆电控单元的损毁，可应用于各型车辆的强电磁脉冲防护。

本发明的一种车辆电控系统的强电磁脉冲防护装置，至少包括电源接口防护电路，所述电源接口防护电路包括瞬态抑制电路、滤波电路和延时电路，三者之间顺序级联；所述瞬态抑制电路包括气体放电管和压敏电阻，用于泄放大电流；所述滤波电路和所述延时电路基于LC电路，对共模干扰进行抑制，同时延迟脉冲上升时间。

进一步的，还包括发动机接口防护电路，所述发动机接口防护电路与所述电源接口防护电路相互隔离；所述发动机接口防护电路包括：喷油器驱动信号防护单元、第一电源信号防护单元、第一开关信号防护单元、第一传感器信号防护单元和第一通信信号防护单元，各防护单元之间分区设置以防止相互干扰。

进一步的，所述发动机接口防护电路的各防护单元包括：第一多级瞬态抑制电路、第一延时电路和第一多级滤波电路，所述第一多级瞬态抑制电路包括气体放电管和瞬态电压抑制二极管，用于泄放大电流；所述第一延时电路和所述第一多级滤波电路基于LC电路，对共模干扰进行抑制，同时延迟脉冲上升时间。

进一步的，还包括OEM接口防护电路，所述电源接口防护电路、所述发动机接口防护电路和所述OEM接口防护电路相互隔离；所述OEM接口防护电路包括：驱动信号防护单元、第二电源信号防护单元、第二开关信号防护单元、第二传感器信号防护单元和第二通信信号防护单元，各防护单元之间分区设置以防止相互干扰。

进一步的，所述OEM接口防护电路的各防护单元包括：第二多级瞬态抑制电路、第二延时电路和第二多级滤波电路，所述第二多级瞬态抑制电路包括气体放电管和瞬态电压抑制二极管，用于泄放大电流；所述第二延时电路和所述第二多级滤波电路基于LC电路，对共模干扰进行抑制，同时延迟脉冲上升时间。

进一步的，还包括三个金属屏蔽壳体、三个输入接口和三个输出接口，所述电源接口防护电路、所述发动机接口防护电路和所述OEM接口防护电路分别位于所述三个金属屏蔽腔体中，并与对应的输入接口和输出接口连接。

进一步的，所述输入接口和所述输出接口包括带有电磁屏蔽的航空接头，并通过螺钉分别固定在所述金属屏蔽壳体两端。

进一步的，所述金属屏蔽壳体包括壳体基座、基体和盖板，所述基座、所述基体和所述盖板通过螺钉和导电胶条固定形成金属屏蔽输入腔和输出腔。

进一步的，所述电源接口防护电路、所述发动机接口防护电路和所述OEM接口防护电路分别构成的电路板的四个角的位置设置有用于接地和固定的金属化通孔。

本发明的有益效果在于：

本发明采用切断强电磁脉冲对电控单元接口耦合通道的防护方法，使得对电控系统的强电磁脉冲防护效能达到最大，能有效防护核电磁脉冲、宽带强电磁脉冲、窄带强电磁脉冲对车辆电控系统的损毁；

本发明采用在多级防护电路之间插入延时电路，能够更加可靠的泄放具有更短上升沿的强电磁脉冲，可对亚纳秒级上升沿的脉冲进行快速响应；

本发明采用三个独立防护电路，可以避免装置内部强电磁脉冲能量的相互耦合，达到更加有效的防护性能；

本发明中电源接口防护电路的瞬态抑制电路，采用气体放电管和压敏电阻级联的方式，避免了车辆频繁启动对压敏电阻寿命的影响；

本发明采用带屏蔽的航空插头，避免强电磁脉冲的接口耦合，提高了兼容性，可与屏蔽线缆连接，实现最高等级的防护效能。

附图说明

图1 实施例1的强电磁脉冲防护装置原理示意图；

图2 实施例1的电源接口防护电路原理图；

图3 实施例1的喷油器驱动信号防护单元电路原理图；

图4 实施例1的电源信号防护单元电路原理图；

图5 实施例1的开关及传感器信号防护单元电路原理图之一；

图6 实施例1的开关及传感器信号防护单元电路原理图之二；

图7 实施例1的开关及传感器信号防护单元电路原理图之三；

图8 实施例1的通信信号防护单元电路原理图；

图9 实施例1的OEM驱动信号防护单元电路原理图；

附图标记：

GDT为气体放电管，MOV1、MOV2为压敏电阻，CX1、CX2、CYI~CY4为电容，Lcm为共模电感，V1、V2为瞬态电压抑制二极管；F1~F4、F6~F15为气体放电管，V1~V8为瞬态电压抑制二极管，N1~N4为瞬态电压抑制二极管阵列，L75~L78为共模电感，X1、X2为接地焊盘。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现说明本发明的具体实施方式。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1所示，本实施例提供了一种车辆电控系统的强电磁脉冲防护装置，包括相互隔离的电源接口防护电路、发动机接口防护电路和OEM（Original Equipment Manufacturer，原始设备制造商）接口防护电路，三个接口防护电路独立设置可以避免装置内部强电磁脉冲能量的相互耦合，达到更加有效的防护性能。每个接口防护电路包括稳态滤波电路、延时电路和瞬态抑制电路，并按照实际需要进行不同顺序的级联，级联后直接与对应的输入、输出接口连接。在稳态滤波电路和瞬态抑制电路之间插入延时电路，能够更加可靠的泄放具有更短上升沿的强电磁脉冲，可对亚纳秒级上升沿的脉冲进行快速响应。

电源接口防护电路包括瞬态抑制电路、滤波电路和延时电路，三者之间顺序级联；瞬态抑制电路包括气体放电管和压敏电阻，用于泄放大电流，且采用气体放电管和压敏电阻级联的方式，可避免车辆频繁启动对压敏电阻寿命的影响。滤波电路和延时电路基于LC电路，对共模干扰进行抑制，同时延迟脉冲上升时间。具体的，如图2所示为本实施例的电源接口防护电路原理图，其中GDT为气体放电管，MOV1、MOV2为压敏电阻，CX1、CX2、CYI~CY4为电容，Lcm为共模电感，V1、V2为瞬态电压抑制二极管。

发动机接口防护电路包括：喷油器驱动信号防护单元、电源信号防护单元、开关及传感器信号防护单元和通信信号防护单元，各防护单元之间分区设置以防止相互干扰。具体的，喷油器驱动信号防护单元电路原理图如图3所示，电源信号防护单元电路原理图如图4所示，开关及传感器信号防护单元电路原理图如图5~7所示，通信信号防护单元电路原理图如图8所示，图3~8中，F1~F4、F6~F15为气体放电管，V1~V8为瞬态电压抑制二极管，N1~N4为瞬态电压抑制二极管阵列，L75~L78为共模电感，X1、X2为接地焊盘，也是接地金属化通孔。

OEM接口防护电路包括：OEM驱动信号防护单元、电源信号防护单元、开关及传感器信号防护单元和通信信号防护单元，各防护单元之间分区设置以防止相互干扰。具体的，喷油器驱动信号防护单元电路原理图如图9所示，其中F11、F12为气体放电管，V1、V2为瞬态电压抑制二极管，X1、X2为接地焊盘，也是接地金属化通孔。此外，OEM接口防护电路的电源信号防护单元、开关及传感器信号防护单元和通信信号防护单元，与发动机接口防护电路的类似，具体可参考图4~8。

实施例2

本实施例在实施例1的基础上：

本实施例的一种车辆电控系统的强电磁脉冲防护装置，还包括三个金属屏蔽壳体、三个输入接口和三个输出接口，电源接口防护电路板、发动机接口防护电路板和OEM接口防护电路板分别位于三个金属屏蔽腔体中，并与对应的输入接口和输出接口连接。采用三个金属屏蔽壳体分别放置对应的接口防护电路可以避免装置内部强电磁脉冲能量的相互耦合，达到更加有效的防护性能。

具体的，金属屏蔽壳体包括壳体基座、基体和盖板，基座、基体和盖板通过螺钉和导电胶条固定形成金属屏蔽输入腔和输出腔。

实施例3

本实施例在实施例2的基础上：

输入接口和输出接口包括带有电磁屏蔽的航空接头，并通过螺钉分别固定在金属屏蔽壳体两端。采用电磁带屏蔽的航空插头，可避免强电磁脉冲的接口耦合，提高了兼容性，可与屏蔽线缆连接，实现最高等级的防护效能。

作为优化的，电源接口防护电路板、发动机接口防护电路板和OEM接口防护电路板的四个角的位置设置有金属化通孔，以便于接地和固定。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是本发明使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是有线连接，也可以是无线连接。

Claims

1.一种车辆电控系统的强电磁脉冲防护装置，其特征在于，至少包括电源接口防护电路，所述电源接口防护电路包括瞬态抑制电路、滤波电路和延时电路，三者之间顺序级联；所述瞬态抑制电路包括气体放电管和压敏电阻，用于泄放大电流；所述滤波电路和所述延时电路基于LC电路，对共模干扰进行抑制，同时延迟脉冲上升时间。

2.根据权利要求1所述的一种车辆电控系统的强电磁脉冲防护装置，其特征在于，还包括发动机接口防护电路，所述发动机接口防护电路与所述电源接口防护电路相互隔离；所述发动机接口防护电路包括：喷油器驱动信号防护单元、第一电源信号防护单元、第一开关信号防护单元、第一传感器信号防护单元和第一通信信号防护单元，各防护单元之间分区设置以防止相互干扰。

3.根据权利要求2所述的一种车辆电控系统的强电磁脉冲防护装置，其特征在于，所述发动机接口防护电路的各防护单元包括：第一多级瞬态抑制电路、第一延时电路和第一多级滤波电路，所述第一多级瞬态抑制电路包括气体放电管和瞬态电压抑制二极管，用于泄放大电流；所述第一延时电路和所述第一多级滤波电路基于LC电路，对共模干扰进行抑制，同时延迟脉冲上升时间。

4.根据权利要求2所述的一种车辆电控系统的强电磁脉冲防护装置，其特征在于，还包括OEM接口防护电路，所述电源接口防护电路、所述发动机接口防护电路和所述OEM接口防护电路相互隔离；所述OEM接口防护电路包括：驱动信号防护单元、第二电源信号防护单元、第二开关信号防护单元、第二传感器信号防护单元和第二通信信号防护单元，各防护单元之间分区设置以防止相互干扰。

5.根据权利要求4所述的一种车辆电控系统的强电磁脉冲防护装置，其特征在于，所述OEM接口防护电路的各防护单元包括：第二多级瞬态抑制电路、第二延时电路和第二多级滤波电路，所述第二多级瞬态抑制电路包括气体放电管和瞬态电压抑制二极管，用于泄放大电流；所述第二延时电路和所述第二多级滤波电路基于LC电路，对共模干扰进行抑制，同时延迟脉冲上升时间。

6.根据权利要求4所述的一种车辆电控系统的强电磁脉冲防护装置，其特征在于，还包括三个金属屏蔽壳体、三个输入接口和三个输出接口，所述电源接口防护电路、所述发动机接口防护电路和所述OEM接口防护电路分别位于所述三个金属屏蔽腔体中，并与对应的输入接口和输出接口连接。

7.根据权利要求6所述的一种车辆电控系统的强电磁脉冲防护装置，其特征在于，所述输入接口和所述输出接口包括带有电磁屏蔽的航空接头，并通过螺钉分别固定在所述金属屏蔽壳体两端。

8.根据权利要求6所述的一种车辆电控系统的强电磁脉冲防护装置，其特征在于，所述金属屏蔽壳体包括壳体基座、基体和盖板，所述基座、所述基体和所述盖板通过螺钉和导电胶条固定形成金属屏蔽输入腔和输出腔。

9.根据权利要求6所述的一种车辆电控系统的强电磁脉冲防护装置，其特征在于，所述电源接口防护电路、所述发动机接口防护电路和所述OEM接口防护电路分别构成的电路板的四个角的位置设置有用于接地和固定的金属化通孔。