汽车地移现象

电器工程 力量 地面 汽车 接地 大电流
2022-01-26 19:10:39

我正在使用标准的 12v 负底盘设置将传感器集成到汽车平台中。我试图理解一种被称为“地面转移”的神秘现象。我无法解释这一点,但我的直觉表明这是合理的。

它被“解释”的方式是这样的:由于来自相邻组件的某种形式的干扰,或者共享一个公共接地“螺柱”的组件,车辆上的两个接地参考点可能会在一些未指定的时间内保持在一些不同的电位”。

例如,当 ABS 启动并且大量电流(在某些情况下为数百安培)流入特定接地螺柱时,接地点将成为不稳定的参考。连接到此螺柱的其他组件可能会在其输入引脚上出现电压波动。

我的问题是:这种现象是真实存在的,还是只是一个内部的“老太太故事”,几乎没有根据?

如果确实存在,如何对其进行表征,我在哪里可以了解更多信息?这里的基本电气原理是什么?是否可以简化为具有代表性的模型电路?任何经验将不胜感激。

4个回答

我的问题是:这种现象是真实存在的,还是只是一个内部的“老太太故事”,几乎没有根据?

好吧,算一算。如果您将 100 A 的电流浸入直径为 50 mm² 的钢导体中,由于欧姆电阻,该导体 10cm 上的电压是多少?

所以是的,欧姆是对的,如果你将大量电流通过任何不是超导体的东西,就会产生电位差。

这里的基本电气原理是什么?

欧姆定律

此外,您的 ABS 示例突出了另一个方面:如果您有一个开关负载,那么您不是在接地导体上施加直流负载,而是(也)在交流负载上。

交流的电阻本质上与直流的电阻不同——例如,理想线圈的直流电阻为 0 Ω,但对于交流,它具有 \$j\omega L\$ Ω——即频率越高,有效电阻越高。

这种电抗特性取决于导体的几何形状——你甚至可能运气不好,并且由于巧妙地达到了整个电池的谐振频率——供电电缆——负载——底盘返回系统,你会在频率上得到一个电压极值你的 ABS 工作。

据我了解,您所描述的似乎完全合理。由于使用中的导体的一些大量电流和有限电阻,接地参考经常会发生变化。这仅仅是由于欧姆定律。

如果您可以将汽车底盘上的不同部件与 PCB 迹线长度上的不同点进行类比,我们可以将其与 PCB 设计和布局中使用的接地技术进行比较。您可以通过研究 PCB 设计中使用的不同接地方案来进一步研究这一点。考虑一个基于星的接地方案,用于避免您所描述的内容,尽管规模要小得多。在此处输入图像描述

如果您将此配置中的所有点都接地,则由于其中一个连接导致的电流可以“提升”该轨道的量等于 Iin*Rconductor,但由于该节点上的所有其他连接看到相同的变化,事情可能不是那样不好,至少就相对测量而言。然而,电源轨的突然波动仍然会导致仪器出现问题,即运算放大器和 ADC 等设备中的一个常见参数是所谓的电源抑制比,指定考虑这些情况。

编辑1:

这是另一张照片,说明了这一点。可以忽略图片中的确切设备,并将其视为您真正喜欢的任何设备: 在此处输入图像描述

这是有据可查的>“老太太的故事?不是。 你一直想知道的一切......车辆接线但不敢问......

这个问题可以从纳米轨道扩展到动力车辆。为了提高抗扰度,人们经常使用双绞差分电源,这意味着将单独返回到电池,而对于传感,则使用平衡双绞差分输入。电流环路中的问题是耦合到不平衡输入中,将共模噪声 (CM) 转换为差模 (DM) 信号。选择使用汽车底盘等接地层还是使用单独的电线,很大程度上取决于路径长度、电流水平和干扰。

例如,大多数汽车电池都在启动器附近,但在许多德国汽车 (GLK350) 中,电池位于后地板下方,但发动机在每个红灯时停止和启动。那么你认为他们曾经切换数百安培的接地线是什么?

IC 级别的更多技术细节也适用。

相同的小鬼刷怪箱,不同的名称

您所指的“接地偏移”现象只是导体具有非零阻抗这一事实的另一种表现,因此当两个电流共享一个返回路径时,该返回路径上的电压降为(Ibigload + Isensitive)* Rcomgnd。在较小规模上工作的 EE 将这种 gremlin-spawner 称为“公共阻抗耦合”,但它实际上是一回事,如下图所示。

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

请注意,名为 GND 的节点与电池负极相距一整伏!如果我们左侧的敏感电路不能容忍偏移,或者更糟糕的是,如果 Ibigload 确实是一个时变负载,那么这显然是不好的,所以我们的敏感部分看到一个在接近实际 0V 点之间变化的 GND,即电池负极和一整伏远离它!

低频环境中的解决方案是将接地敏感电路星形连接到单个预先指定的 0V 点,并使用它们自己的导线或迹线,如下图所示,这样在接地系统的其他部分中流动的任何高电流都不会干扰敏感电路的操作。不幸的是,由于机械和铜成本的原因,这对于整个车辆中的每个电路并不实用,因此汽车电子设计人员通过设计稳健的电源入口电路并携带带有敏感信号的信号参考来尽其所能地解决这个问题依靠底盘回报他们。

示意图

模拟这个电路