压敏电阻在汽车电机中的应用

近几年，环形压敏电阻器的应用领域不断扩展，从原来的音响电动机，随身听、VCD、DVD电动机，到近几年使用普遍的玩具电动机，最近，用在家用电器方面的电动机也开始使用压敏电阻，直至汽车行业，现在汽车行业的压敏电阻使用越来越普遍。大家都知道，中国是世界上人口最多的国家，中国的制造业大多也属于劳动密集型企业，因为中国廉价的劳动力，使得电机的制造成本非常低，因此世界汽车业所使用的电机大多是中国制造的。随着人们生活质量水平不断提高，对汽车的消噪效果要求也越来越高，原来不用压敏电阻的，现在也统统用上了压敏电阻，不仅如此，原先有压敏电阻的电机生产厂家，对压敏电阻的性能也提出了更高的要求，这就要求我们，对压敏电阻要做更加深入的研究，从而保证能够满足这些要求。
2  汽车行业的特殊要求
2.1 体系要求
所有汽车行业必须通过ISO/TS16949质量体系认证，ISO/TS16949是ISO9001对汽车行业的特殊要求，该体系对供应商的要求比较高，所以，汽车及其配套行业在选择供应商时，会十分慎重，没有名气的生产厂或规模较小的生产厂，很难能够列入他们的候选名单。有幸成为其供应商后，我们需要符合他们的要求。
2.2 ISO/TS16949五大核心工具
(1) Advanced Product Quality Planning and Contyol Plan——APQP
产品质量先期策划和控制计划   
(2) Production Part Approval Process——PPAP
生产件批准程序
(3) Potential Failure Mode and Effects Analysis——FMEA
潜在失效模式和影响分析
FMEA包括设计FMEA(P-FMEA)和制造FMEA(D-FMEA)
(4) Measurement System Analysis——MSA
测量系统分析
(5) Statistic Process Control——SPC
统计过程控制
在五大核心工具中，FMEA和控制计划是至关重要的。我们在日常工作中，是非常好用的分析工具。
3  各个汽车厂家的不同要求
在PPAP提交时，通用、福特、戴姆勒克莱斯勒又分别有不同的要求，例如，戴姆勒克莱斯勒的提交按照SPIN指定的路径进行提交。
戴姆勒克莱斯勒外观批准要求，在提交前，要首先得到其汽车公司设计室的认可签字，福特公司则要求，由其设计质量办公室审批，与PPAP一同提交。福特公司将生产节拍列入提交项目。那就是说，我们的压敏电阻也是一样，外观上的任何更改，需要得到其汽车设计室或设计质量办公室的批准，哪怕是不影响性能的一点更改，甚至我们工艺的变化或设备改造带来的生产效率的变化，要向克莱斯勒公司报告，得到对方批准。
福特公司对供方申请工程批准中过程更改有一规定：以下过程更改要求SREA：
a. 热处理、电镀、涂层和焊接；
b. 供方自行设计的电子零件的制造工艺更改（电容器、电阻器、集成电路和类似零件）；
c. 产品异地生产。
这就是说，我们在生产中工艺的变动，工厂搬迁等要经过福特汽车公司的批准，而且需要提交外部实验机构的认可材料，这一点通用汽车公司要求与福特公司差不多。
4  韩国现代和日本丰田汽车对压敏电阻的特殊要求
电动机要求检测瞬态排放功能（韩国术语），在国内，我们叫做电动机的脉冲检测。
韩国现代与日本丰田在标准要求上略有不同，韩国现代脉冲尖峰最大值在100V以内，最小值在-150V以内。日本丰田则要求脉冲尖峰最大值在75V以内，最小值在-100V以内，日本丰田的要求更为严格。
最初选择了第一套方案，方法如下。
4.1 检测所用仪器：
(1) 4路数字存贮示波器               型号：TDS3054B
(2) 电流探头放大器                  型号：AM503B
(3) 电流探头枪                      型号：A6302
(4) 电压探头（10倍）                型号：P6139A
(5) 直流稳压电源
4.2 检测方法如下
4.3 检测结果
以下是韩国昌原市的电子产品可靠性与环境试验研究所所检测的结果：
DUT No. 1 2 3 4 5 6 7 8
Max.(V) 54 19 33 19 48 19 49 19
Min.(V) -48 -175 -86 -187 -69 -151 -141 -160
从检测结果来看，显然目前电机存在脉冲尖峰大的现象，不符合CISPR 25标准，我们需要从根本解决此问题。
我们先看电动机设计方面如何解决此类问题，从线路设计方面怎样进行改进。下面是电动机设计方面的两个线路比较：
从线路图看，是将电容C4换成了片式压敏电阻器。
下面是组装好的线路板比较。
图3示出原来的线路板。
图4示出 将C4电容更换为片式压敏电阻器。
改进后的检测结果如下：
（该结果仍然是韩国昌原市的电子产品可靠性与环境试验研究所检测）
DUT No. 1 2 3 4 5 6 7 8
Max.(V) 58 36 20 22 19 24 26 19
Min.(V) -54 -136 -47 -124 -36 -157 -22 -146
测试数据显示，改进有一定的效果，基本达到了现代汽车的要求，但仍然无法满足丰田汽车要求。电机线路改进的方案，并没有彻底改变这种脉冲超出标准规定的现状。
5  环形压敏电阻的测量和改进
我们针对这种情况，专门进行了研究，通过环形压敏电阻的改进，可以实现脉冲的先期控制。
5.1 脉冲测量方法
5.1.1 测试电路图(引用ISO/DIS7637-2.3)及设置方法
按照下面图5电路图布置线路，保证电机按照此测试线路测试，如图5所示，电机连接在直流电源上，保证电压在13.5±0.2VDC。示波器用于测试脉冲电压。示波器的探针与电机的插针连接。保证测试用线路的距离满足要求，示波器的取样速率应该设为2.5M点每秒。垂直量程设置为50V/刻度，触发位设置为30V。
5.1.2 测试步骤
1 接通电源
2 确保示波器处于接收信号的状态
3 将开关接通(OFF-ON)将电机堵转，可以在示波器屏幕上看到捕获的脉冲电压值
4 检查脉冲电压是否在归定范围之内
5 将开关断开(ON-OFF)将电机堵转，可以在示波器屏幕上看到捕获的脉冲电压值
6 检查脉冲电压是否在归定范围之内
5.1.3 检验标准：
N.O CONTENT SNA TOYOTA
1 Maximum amplitude of transient, positive polarity +100V +75V
2 Maximum amplitude of transient, negative polarity -150V  -100V 
5.2 无人工电源网络测试 
5.2.1 测试电路图(引用ISO/DIS7637-2.3)及设置方法
按照下面图6 电路图布置线路，保证电机按照此测试线路测试，如图6所示，电机连接在直流电源上，保证电压在13.5±0.2VDC。示波器用于测试脉冲电压。示波器的探针与电机的插针连接。保证测试用线路的距离满足要求，示波器的取样速率应该设为2.5M点每秒。垂直量程设置为50V/刻度，触发位设置为30V。
5.2.2 测试步骤
1 接通电源
2 确保示波器处于接收信号的状态
3 将开关接通(OFF-ON)将电机堵转，可以在示波器屏幕上看到捕获的脉冲电压值
4 检查脉冲电压是否在归定范围之内
5 将开关断开(ON-OFF)将电机堵转，可以在示波器屏幕上看到捕获的脉冲电压值
6 检查脉冲电压是否在归定范围之内
7 将电机转子轴分别旋转36°、72°、108°、144°、180°后重复3-6步骤测试
5.2.3 检验标准
N.O CONTENT SNA TOYOTA
1 Maximum amplitude of transient, positive polarity +80V +75V
2 Maximum amplitude of transient, negative polarity -100V  -100V 
5.2.4 实验设备仪器说明
N.O CONTENT EXPLAINE
1 开关S 采用标准汽车用开关
2 开关T 采用时间继电器开关
3 连接用导线 7×0.2mm2铜导线
4 UA 蓄电池
5 DC POWER SUPPLYDC 30V/40A有源电源
6 Oscilloscope TDS 1012（无人工网络用）
使用以上的检测方法，将压敏电阻的尖峰定位在-100V，即可将问题解决。
以下是2008年7月份进行检测后，压敏电阻上机后的检测结果，依然是韩国昌原市的电子产品可靠性与环境试验研究所检测。
DUT No. 1 2 3 4 5 6 7 8
Max.(V) 29 34 18 20 33 28 45 22
Min.(V) -45 -60 -52 -69 -48 -73 -38 -44
根据检测结果，不但满足了现代汽车的要求，而且要求更为严格的丰田汽车也能满足了。
通过测量控制，压敏电阻完全能够满足用户的使用要求。从而避免了电动机总装后由于筛选不合格品造成的大量浪费。
参考文献
[1] 丰田汽车标准
[2] 现代汽车标准
[3] 通用汽车标准