CN206389685U - 一种提高电动助力转向系统抗干扰的pcb板 - Google Patents

一种提高电动助力转向系统抗干扰的pcb板 Download PDF

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刘倩
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Abstract

本实用新型公开了一种提高电动助力转向系统抗干扰的PCB板，所述PCB板上布置有功率模块，电源模块，MCU控制模块，监控模块和预驱模块，所述功率模块和外部电池电源相连，所述功率模块和预驱模块之间通过信号线相连，所述功率模块中设置有公共接地线，所述公共接地线在采样电阻R1处进行分割形成多条分支接地线，所述分支接地线分别连接供给电源模块、MCU控制模块、监控模块和预驱模块。本实用新型突破传统接地方法，将功率地与其他信号处理模块地共用一个地，即不考虑公共阻抗耦合问题，然后在功率模块的某一点再分地，通过该种方式的处理，一方面使地的分割更加简单易行，另一方面会使预驱模块对功率模块的控制更加稳定可靠。

Description

一种提高电动助力转向系统抗干扰的PCB板
技术领域
本实用新型涉及一种电动助力转向系统的电子技术，尤其涉及一种提高电动助力转向系统抗干扰的PCB板。
背景技术
随着汽车电子化的提高，越来越多的电子零部件出现在了车里，比如汽车里的多媒体娱乐，蓝牙通讯，卫星定位，安全气囊，助力转向等，而汽车EMC设计是硬件设计中一个难点，因为这些电子零部件都有可能对外界产生干扰信号，或者自身因过于敏感，EMC性能不好而受到其他零部件的干扰，进而造成功能失效，轻则引起驾驶不便，重则导致车祸，危及生命安全。目前受到EMC问题困扰的技术人员越来越多，且随着产品向多功能化、高功能化和高速化发展，解决EMC问题的难度也与日俱增。
在解决EMC问题时，除了元器件的选择和电路设计之外，良好的PCB铺地在电磁兼容设计中也是一个非常重要的因素。可以说PCB铺地是解决EMC问题的关键——良好的铺地可以有效减小回流面积，让回流路径按照设计的方向流动，从而提高产品的EMC性能；不好的铺地会导致诸如参考平面出现裂缝、参考平面层变换，回流面积增大等问题进而降低产品的EMC性能。
在EPS产品PCB绘制过程中，铺地方面各模块间采用单点接地是一种非常普遍的方式，参见附图1为单点接地的原理图。线路中只有一个物理点被定义为接地参考点，凡需要接地均接于此。在处理功率地和信号地的PCB板时大多会采用功率地和信号地分割后单点接地的方式来处理，参见图2为EPS产品一种单点接地示意图，通常做法是功率地(即图中滤波模块和功率模块的地)与其他信号处理模块地(如图中的电源模块、MCU控制模块、监控模块和预驱模块的地)先分割开，然后再在某一接地点处相连，即该方法的关键是绝不要使功率相差很大的电路或噪声电平相差很大的电路共用一段地线。对于EPS产品该接地点通常是电源连接器入口处，如图2中连接器J1处。图中各个模块的地(主要是功率模块和信号处理模块)从电源连接器J1入口处分开，分别走线(图2中黑色走线为地走线示意图)，这样走线由于功率地与其他信号处理模块地间无公共阻抗耦合，因此模块间相互干扰小，但这种地走线因在入口处即开始分开走线，因而使得信号接地线较长，同时对于EPS产品，模块间的地分别走线，使得预驱模块对功率模块控制因地走线回路太远(即控制功率模块信号的地回路要先回到连接器入口处然后再到功率模块受控点处)而造成控制信号不稳定，进而使得EPS产品在解决EMC方面带了更大的挑战。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供了一种提高电动助力转向系统抗干扰的PCB板，突破传统接地方法，将功率地与其他信号处理模块地共用一个地，即不考虑公共阻抗耦合问题，然后在功率模块的某一点再分地，通过该种方式的处理，一方面使地的分割更加简单易行，另一方面会使预驱模块对功率模块的控制更加稳定可靠。
本实用新型为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种提高电动助力转向系统抗干扰的PCB板，所述PCB板上布置有功率模块，电源模块，MCU控制模块，监控模块和预驱模块，所述功率模块和外部电池电源相连，所述功率模块和预驱模块之间通过信号线相连，其中，所述功率模块中设置有公共接地线，所述公共接地线在采样电阻R1处进行分割形成多条分支接地线，所述分支接地线分别连接供给电源模块、MCU控制模块、监控模块和预驱模块。
上述的提高电动助力转向系统抗干扰的PCB板，其中，所述功率模块通过滤波模块、连接器J1和外部电池电源相连。
上述的提高电动助力转向系统抗干扰的PCB板，其中，所述功率模块和预驱模块之间形成有地回路，所述地回路由功率模块和预驱模块之间并行走线的信号线和相应地线相连而成。
上述的提高电动助力转向系统抗干扰的PCB板，其中，所述功率模块为三相整流桥，每相包含上下整流桥臂，每个整流桥臂通过一根信号线和预驱模块相连，每根信号线旁设置有一根并行走线的信号地线，并相互连接形成地回路。
本实用新型的地走线新型方式其最大的特点是先将常规功率地与其他信号处理模块地共用一段地，而不考虑公共阻抗耦合。通过此种布线，由于各信号模块间(电源模块，MCU控制模块，监控模块和预驱模块间)的信号电流都很小，相互间通常仅为几十毫安，因而电源模块，MCU控制模块，监控模块和预驱模块的地间压差和波动是非常小的，可以忽略不计，从而保证了信号模块间的信号交互是干净稳定的，使产品的抗干扰能力得到了极大地提高。
附图说明
图1为单点接地原理示意图；
图2为EPS产品一种单点接地示意图；
图3为本实用新型的电动助力转向系统抗干扰的PCB板接地示意图；
图4为采用传统接地方式测试BCI结果；
图5为采用本实用新型方法的实施例测试BCI结果。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的描述。
图3为本实用新型的电动助力转向系统抗干扰的PCB板接地示意图。
请参见图3，本实用新型提供的提高电动助力转向系统抗干扰的PCB板，所述PCB板上布置有功率模块，电源模块，MCU控制模块，监控模块和预驱模块，所述功率模块和外部电池电源相连，各模块的接地线先在功率模块中走线，然后在采样电阻R1处进行分割后再分别供给电源模块，MCU控制模块，监控模块和预驱模块。
具体来说，本实用新型的外部电池电源通过连接器J1供给EPS产品后，各模块的地先是在功率模块中走线，然后在采样电阻R1处进行分割后再供给电源模块，MCU控制模块，监控模块，预驱模块等。本实用新型的地走线新型方式其最大的特点是先将常规功率地与其他信号处理模块地共用一段地，而不考虑公共阻抗耦合。通过此种布线，由于各信号模块间的信号电流都很小，因而信号模块间的信号交互是稳定的，且不受功率模块的影响，而预驱模块和功率模块间，由于距离很近，控制信号电流小，尤其两模块间信号的地回路也很短，因而预驱模块对功率模块的控制也是稳定可靠的。
本实用新型的功率模块和预驱模块之间通过信号线相连，并设置有地回路；电源模块，MCU控制模块，监控模块和预驱模块通过信号线相连。由于各信号模块中仅有预驱模块有对功率模块的控制信号交互，而预驱模块与功率模块的地在电阻R1处分割，预驱模块与功率模块间的信号交互也仅通过电阻R1附近的通道进行，且距离非常近，控制信号电流也只有几十毫安，非常小，两模块间的地回路也是通过电阻R1附近的通道来进行，地回路短，因而预驱模块对功率模块的控制也是稳定可靠的，其他信号模块由于与功率模块间没有信号交互，因而受功率模块的影响非常小，这极大提高了信号模块间的信号干净度和稳定度，从而保证了信号模块间的信号交互是干净稳定的，使产品的抗干扰能力得到了极大地提高。参见图3，所述功率模块为三相整流桥，每相包含上下整流桥臂，每个整流桥臂通过一根信号线和预驱模块相连，每根信号线旁设置有一根并行走线的信号地线，并相互连接形成地回路。预驱模块到功率模块的6条黑色走线为预驱模块控制功率模块的信号走线示意图，地回路是与相应信号线并行走线的距离非常近的地线来实现的。
通过采用本实用新型铺地方式绘制的PCB板，由于信号模块间的信号交互是稳定的，预驱模块对功率模块的控制信号也是稳定的，因而设计的EPS产品在实际测试中获得了非常显著的良好效果。参见图4为采用传统接地方式测试BCI(RFImmunity-Bulk CurrentInjection)的试验结果，图4中曲线为0至400MHz频段范围内，各频点施加干扰电流值大小的波形图，其中网格交叉线区域为测试未通过频段，斜线区域为测试通过频段，即产品在采用传统接地方式时在0至200MHz测试频段范围内未通过测试标准要求，仅在200至400MHz测试频段范围内满足测试标准要求，改成新型接地方式后，其BCI在整个测试频段范围内都通过了测试标准要求，参见图5，施加的干扰曲线不变，但产品在0至400MHz均通过了测试标准要求。对于RI(RF Immunity-Anechoic Chamber)试验，在采用传统接地方式测试时，产品在很多频段内都是失效的，参见下表为测试结果：
改成新型接地方式后，在整个测试频段范围内都通过了RI测试。
总之，通过采用本实用新型的PCB板，各个EMC测试项目有较大改善，整体的EMC性能得到了提高，产品可靠性也因此得到提升。具体表现在：之前做EMC试验时，失效会导致EPS产品复位或死机(功能异常)，只有通过上电复位才能使得产品正常工作；有些失效表现为产品虽然功能正常，但输出力矩波动超过限值(性能异常)，其中尤其以BCI和RI试验项目表现明显，经过采用本实用新型的铺地方式后，BCI和RI试验顺利通过。
虽然本实用新型已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本实用新型，任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本实用新型的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (4)

1.一种提高电动助力转向系统抗干扰的PCB板，所述PCB板上布置有功率模块，电源模块，MCU控制模块，监控模块和预驱模块，所述功率模块和外部电池电源相连，所述功率模块和预驱模块之间通过信号线相连，其特征在于，所述功率模块中设置有公共接地线，所述公共接地线在采样电阻R1处进行分割形成多条分支接地线，所述分支接地线分别连接供给电源模块、MCU控制模块、监控模块和预驱模块。
2.如权利要求1所述的提高电动助力转向系统抗干扰的PCB板，其特征在于，所述功率模块通过滤波模块、连接器J1和外部电池电源相连。
3.如权利要求1所述的提高电动助力转向系统抗干扰的PCB板，其特征在于，所述功率模块和预驱模块之间形成有地回路，所述地回路由功率模块和预驱模块之间并行走线的信号线和相应地线相连而成。
4.如权利要求3所述的提高电动助力转向系统抗干扰的PCB板，其特征在于，所述功率模块为三相整流桥，每相包含上下整流桥臂，每个整流桥臂通过一根信号线和预驱模块相连，每根信号线旁设置有一根并行走线的信号地线，并相互连接形成地回路。
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