CISPR 25 车载 EMI 发射

CISPR 25 限值线长成阶梯,根因是每段限值独立反推自该频段接收业务的灵敏度:接收机灵敏度 → 天线端口允许的最大噪声 → 折算到 1 m 测试距离的场强(RE)或 AN 端口电压(CE)。业务灵敏度差几个量级,限值就差几十 dB。最极端的是 GNSS:IS-GPS-200 规定 GPS L1 C/A 到地面的最小接收功率只有 -128.5 dBm——比 FM 广播接收门限(约 1 μV,-107 dBm 量级)还低约 20 dB,所以 GNSS 段限值是全表最低,任何数字时钟谐波撞上 1.575 GHz 都近乎零容忍。

段间空隙没有限值:base standard 只在被保护业务频段内设限,频段之间(如 1.8–5.9 MHz)标准本身不管——但多数 OEM 企标会补一条全频段包络,别以为躲进空隙就安全。

限值表里每个频段给 Peak / Quasi-Peak / Average 最多三列,不是让你挑一列,而是各对各的限值、都要过(CISPR 25 §4.1.3 "Determination of conformance")。

判定的工程用法建立在一个恒等式上:同一信号的读数恒有 PK ≥ QP ≥ AVG。所以先用 Peak 检波粗扫全频段——Peak 读数已低于 Average 限值的频点,QP/AVG 不必复测即判过;Peak 读数超过 AVG 限值的频点,才切 QP/AVG 检波复测、各比各的限值。注意陷阱:对逆变器/SMPS 的窄带单根谐波,AVG 读数 ≈ PK 读数,检波切换救不了它,真门槛是低 20 dB 的 AVG 限值(见 §10 G1)。

测量参数按 CISPR 25 §4.4.2:RBW = 9 kHz(0.15–30 MHz)/ 120 kHz(30 MHz–1 GHz)/ 1 MHz(1 GHz 以上,CISPR 16-1-1 Band E);环境底噪必须低于限值至少 6 dB,否则测的是暗室不是 DUT。引用任何 dBμV 数字必须同时标 detector + 频段 + Class,少一个都没有意义。

CE 测的不是壳体辐射,而是电源线上传导出来的噪声电压/电流。测量的前提是电源阻抗可复现——不同实验室电源阻抗不同,结果就没法比——所以 DUT 与电源之间插 AN(Artificial Network,俗称 LISN)把 RF 阻抗钳成标准值。CISPR 25 用 5 μH‖50 Ω 网络(Annex E):5 μH 模拟车内短电池线束的低电感,与 CISPR 16 家电用的 50 μH AMN(模拟楼宇供电网)完全不同,两套限值与数据不可互换。

结构与接法(TI SLLA569B Fig.1):5 μH 串联电感 + 100 nF 耦合电容引到 50 Ω 测量口;电源正负极各接一台 AN;不接测量仪的那台 AN 测量口必须接 50 Ω 负载端接,否则反射导致读数无效。电压法(§6.3)覆盖 0.15–108 MHz,DUT 到 AN 的电源线长约 200 mm,测量点在 AN 的 50 Ω 口。

电流探头法(§6.4)把卡钳探头套在整束线束上测共模电流,覆盖 0.15–245 MHz,探头放 50 mm 和 750 mm 两个位置各测一遍。单位是 dBμA,与电压法换算:dBμA = dBμV − 34(50 Ω 系统,20·log 50 ≈ 34 dB)。

两法在低频不等价:5 μH 电感的阻抗在约 1.5 MHz 以下低于 50 Ω 支路,部分噪声电流从电感分流走,电压法在 50 Ω 口"看不到"这部分——TI 仿真显示 0.15 MHz 处两法差约 20 dB,标准限值表在同频段也差 14 dB(SLLA569B)。所以 OEM 指定哪种方法就按哪种做,pre-compliance 拿一种结果换算另一种只在约 5 MHz 以上近似成立。

典型干扰源与修法:开关电源谐波(DM 为主,打 LW/MW)、栅极驱动振铃与 dV/dt 共模位移电流(CM 为主,打 SW–VHF)。DM/CM 必须分开治——X 电容 + DM 电感治差模,Y 电容 + CMC 治共模,详见 EMI 滤波器设计 与 CISPR 25 传导发射 π-filter 深度。

RE(CISPR 25 §6.5)在 ALSE(吸波暗室)里做,但 200 MHz 以下真正的辐射体不是 DUT 壳体而是1.5 m 试验线束——波长几米时,线束才够得上有效电长度,DUT 只是激励源。这解释了两条设置规则:天线在 1 GHz 以下对准线束纵向中心(不是 DUT),1 GHz 以上才对准 DUT(§6.5.3);线束布置(长度 1500 mm 标准值、离地平面 50 mm、平行于桌沿)必须严格复现,因为线束布置就是天线形状,摆歪了等于换了根天线。

天线到线束最近点距离 1 m;地平面金属厚度 ≥0.5 mm 并与暗室屏蔽壁低阻抗搭接。暗室性能要按 Annex I(150 kHz–1 GHz)验证——Ed.5 只保留建模法验证。

执行顺序遵循 §2.2 的判定逻辑:Peak 检波先粗扫全频段(双极化各一遍),超过 AVG 限值的频点再用 QP/AVG 复测;每个工况(见 §9.1)重复。开测前先做空底噪扫描确认 ambient 低于限值 6 dB——GNSS 段限值低到接近接收系统噪底,常需低噪声前放 + 带通滤波才能达标(见 §10 G5)。报告按 CISPR 25 §4.1.5 要求含 setup 照片、AN/天线校准、底噪曲线、工况定义与全频段曲线。

EV/HEV 的高压电源系统(母线电压超过 60 V)按 Annex H(normative,"Test methods for power supply systems for high voltages";Ed.4 时是 Annex I)测:HV+ / HV− 各接一台 HV-AN(高压人工网络,Annex E,阻抗曲线规定在 0.1–100 MHz),屏蔽 HV 线束连同屏蔽层一起进入测试布置。屏蔽系统与非屏蔽系统适用同一套限值——屏蔽不是加分项,而是达标手段:SiC 逆变器的 dV/dt 共模电流被圈在屏蔽层内回流,才可能把 HV 口发射压进 Class 5。

一台逆变器/OBC 要测两套 CE:LV 12/48 V 口(普通 5 μH AN)+ HV 口(HV-AN),互相独立判定。EV 充电模式也纳入了测试矩阵(CISPR 25 §4.5.4 / §5.4:charging mode 1–4,交流/直流、带不带通信分开定义)——OBC 在充电工况下的发射是单独工况,不能拿行车工况数据顶替。

Annex H 还引入 HV/LV coupling attenuation 测试:EUT 不上电,用网络分析仪测 HV 口到 LV 口的传输(等效 -S21,R&S ELEKTRA appnote)。物理动机:HV 开关噪声会经变压器绕组间电容、共地阻抗、壳体缝隙等共模路径窜进 12/48 V 网络,再沿低压线束辐射到天线——耦合衰减量化了这条"后门"的隔离度,是 HV 部件结构设计(隔板、屏蔽罩、馈通电容)的直接验收指标,也能在装配退化(屏蔽端接松动)时暴露问题。

test plan 是标准反复强调的第一交付物——方法、端口、Class、detector、工况都在这里定死,后面所有数字都以它为准。

工况定义是隐性大坑:轻载 burst/断续模式谐波成分更丰富,重载 dV/dt 最大——worst case 不唯一,矩阵里至少要覆盖这两端。

开关节点电压是 400 V 梯形波,其频谱包络由两个拐点决定:

脉宽 τ = D/fsw = 25 μs(D≈0.5)给出 f1 ≈ 12.7 kHz;设计选择 dV/dt = 10 V/ns(SiC 典型 5–20 V/ns 窗口的中值,400 V 沿约 40 ns)给出 f2 ≈ 8 MHz。f1 与 f2 之间包络按 -20 dB/dec 下降:

在 MW 段中点 1.2 MHz:A = 2 × 400 × (12.7k/1.2M) ≈ 8.47 V ≈ 138.6 dBμV(开关节点处)。经 DC-link 与母排的路径衰减(pre-compliance 实测/仿真,本平台取 60 dB 量级)后到 HV-AN 口约 78.6 dBμV。fsw = 20 kHz 的谐波在 MW 段(0.53–1.8 MHz)是第 27–90 次,间隔 20 kHz 大于 RBW 9 kHz——每根谐波都是独立窄带线,AVG 读数 ≈ PK 读数,对标 Class 5 MW AVG 限值 34 dBμV:超标 44.5 dB。

需求 = 超标量 + 设计裕量 = 44.5 + 10 = 54.5 dB @ 1.2 MHz。MW 段这个频率的主路径是共模(dV/dt 经模块基板/散热器寄生电容入地),用一级 CMC + Y 电容(二阶,-40 dB/dec)承担:取 CMC 共模有效电感 10 μH(纳米晶磁芯,HV 母线电流下不饱和)+ Y 电容每轨 470 nF(HV+→壳、HV−→壳,共模等效并联 0.94 μF):

1.2 MHz 处衰减 = 40·log(1200/52) ≈ 54.6 dB ≥ 54.5 dB ✓,但富余仅约 0.1 dB——刚好压线、几乎没有余量吸收元件容差与磁芯频变;实际须再抬一档(增大 Lcm/Cy 或加二级)把富余做回 3–5 dB,否则批次/温漂即可能翻车。

HV 母线上的 Y 电容不能随便加大——它对壳储能,触电安全要求总储能小于 0.2 J(ISO 6469-3:2021):

最大母线 470 V 时:E = 0.5 × 0.94 μF × 470² ≈ 0.104 J < 0.2 J ✓(额定 400 V 时 0.075 J)。这是 EMC 与电气安全在同一个元件上的硬约束交点:滤波想要更大 Cy,安全给出上限,主动放电时间(见 HV 安全)也随 Cy 变长。校验过不了就得把衰减需求挪给 CMC 或屏蔽,而不是继续堆 Y 电容。

测试执行按 §9.1 矩阵;首轮 fail 后的诊断顺序是"先定模态、再动手":两台 AN 读数取和/差(或用 CM 电流钳)区分 DM/CM——DM 超标改 X 电容与开关环路面积,CM 超标改 Y 电容/CMC/屏蔽端接。本平台类项目的典型整改路径:MW 段超标 → 加强 CM 级(如上);FM/VHF 段超标 → 检查电机电缆屏蔽 360° 端接与搭接阻抗(pigtail 是头号嫌犯,见 §10 G7);GNSS 段超标 → 回到源头治时钟谐波(布局/展频权衡见 §10 G6)。每轮整改后只复测受影响频段 + 最终一轮全频段回归,曲线归档进 PPAP element 10。