本 文 導 讀

• 本文主要介紹新能源汽車電磁兼容相關的内容：
• 一、什麼是電磁兼容性？
• 二、電動汽車電磁幹擾源會有哪些？
• 三、電磁幹擾的“王者”——電驅動系統
• 四、電驅動系統的電磁幹擾耦合路徑

01| 什麼是電磁兼容性？

電磁兼容性是指電子電器設備處在同一個環境中，各自能正常的工作卻又不相互幹擾的一種"兼容狀态"。國際電工技術委員會（International Electrotechnical Commission, IEC）對"電磁兼容"的理解是：車輛或零部件在特定的電磁環境内可以穩定、可靠的運行，同時，對這個電磁環境下的其他設備不會造成不允許的幹擾。

以上，可以看出，"電磁兼容"包含兩方面要求：

其一方面，指設備或系統在正常運行過程中對所在環境産生的電磁幹擾（Electromagnetic Interference, EMI）不能超過一定的限值；

妻兒方面，是指設備或系統對所在環境中存在的電磁幹擾具有一定程度的抗擾度（Electromagnetic Susceptibility, EMS），即電磁敏感性，又稱電磁抗擾度。

根據電磁兼容的要求，對于汽車，我們要研究：

1）汽車部件對車上其他部件、人體、手機等的電磁幹擾

2）汽車對來自各部件，及外界環境中雷達、天線、充電設備等電磁抗幹擾 程度。

要分析這些問題，應該從以下三個方面展開：

第一個，明确主要幹擾源；

第二個，分析幹擾傳播特性、途徑及所處頻段；

第三個，找到相對應的措施，抑制幹擾。

我們先從第一步入手，看看電動汽車的主要幹擾源會有有哪些?

02| 電動汽車電磁幹擾源會有哪些？

我們先看下電動汽車高壓電氣系統及低壓CAN網絡連接的結構的示意圖：

高壓系統包括：動力電池、高壓控制器、三合一電驅動系統（驅動電機、電機控制器MCU、減速器）、空調壓縮機、DC/DC等部件，還有車載充電機（OBC）以及直流快充，用于給動力的電池充電。

CAN網絡中：整車控制器（VCU）是電動汽車的大腦，通過CAN網絡實現電子助力轉向（EPS）、電池管理系統（BMS）、電驅動系統等部件的監控控制以及不同工況下優化的。

其中，MCU、空調壓縮機、DC/DC變換器等部件大多數采用電力電子開關器件，圖中标出主要部件工作時的開關頻率，産生較大EMI噪音，是重要的幹擾源；車上電氣線束分布廣泛，幹擾路徑分析複雜，CAN網絡、傳感器的信号線等敏感裝置極易受到幹擾。

那麼，面對衆多幹擾源的影響，我們想知道誰是這裡的"王者"？最霸道的電磁幹擾源到底是哪個部件呢？

03| 電磁幹擾的“王者”—電驅動的系統

電驅動的系統，主要包括電機、電機控制器、減速器。如果沒有高度集成的系統中，電機電控之間還有高壓電力線纜的存在，這樣，還要加上輸入電纜。電驅動系統工作頻率範圍寬、功率大，自身具備雜散電感和雜散電容，這些因素湊在一起，電驅動系統無疑成為了電磁幹擾的"王者"

我們從電機控制的原理和結構角度進一步分析：

電驅動系統運行時，MCU接受VCU的扭矩請求指令，根據請求扭矩的大小調制PWM波，驅動IGBT的通斷，通過控制開通、關斷時間、輸出對應的波形，來驅動電機工作。

理想的PWM波是矩形波，隻有高電平和低電平兩個狀态，而實際的PWM波是近似矩形的梯形波，在上升沿和下降沿都具有一定的斜率；同時，死區時間的控制，也會造成波形的畸變。IGBT的開關頻率大多在9~10kHz，在極短的時間内，開關從一個狀态切換到另一個狀态，斜率很陡峭，符号卻又相反。一連串的因素會導緻電流、電壓的劇烈波動，在整個功率模塊中産生出高次諧波。

電機控制器的輸入電纜（針對非集成系統）和IGBT高壓功率器件，在結構上存在着雜散電感和雜散電容，電流的劇烈變化會形成差模幹擾；雜散參數的存在，在回路中發生劇烈電壓變化時，又産生共模的幹擾。

04| 電驅動系統的電磁幹擾耦合路徑

由于電驅動系統内輻射幹擾主要是由于傳導電磁幹擾引起的，而且可以通過添加屏蔽等物理手段進行抑制，而傳導幹擾沿着導體進行傳播，相比輻射幹擾更難抑制。

這裡我們謹遵毛爺爺的指導，抓主要矛盾，隻分析傳導幹擾。傳導幹擾是通過所在系統中各種導體傳輸線，以電流、電壓形式進行耦合傳播的幹擾。

在前面文章中已經提過電驅動中存在差模幹擾和共模幹擾，在分析幹擾路徑前，我們先要明白什麼是差模幹擾？什麼是共模幹擾？

差模幹擾（Differential-mode）：幹擾電壓存在于信号線及其回線（一般稱為信号地線）之間，幹擾電流回路則是在導線與參考物體構成的回路中流動。

共模幹擾（Common-mode）：幹擾電壓在信号線及其回線（一般稱為信号地線）上的幅度相同，這裡的電壓以附近任何一個物體（大地、金屬機箱、參考地線闆等）為參考電位，幹擾電流回路則是在導線與參考物體構成的回路中流動。

簡單來說，差模幹擾時信号線到信号線的回路幹擾，共模幹擾是信号線到地的回路幹擾。

IGBT開通關斷期間感應出瞬态脈沖電壓，在相線與電源線組成回路中産生電流，形成差模幹擾回路。差模傳導電磁幹擾耦合路徑示意圖如下所示：

傳播路徑1，通過耦合到母線最終流回到電池；傳播路徑2，是産生的較高頻的電流通過電機内部産生尖峰電壓。電流1、電流2的和，就是逆變器産生的總體差模幹擾電流。

共模傳導電磁幹擾耦合路徑：

路徑1，為開關器件IGBT處形成的幹擾，在三相逆變橋臂上中性點的電位是規律性階躍變化的，IGBT與散熱器之間存在雜散電容，在IGBT開通關斷的瞬間，産生的高頻du/dt會通過其上寄生電容充放電，進而産生共模電流，最終通過輸入電纜線回到逆變器形成共模幹擾回路。

同時，研究指出，電機的定子繞組和電機機殼之間，也存在着較大的寄生電容，存在于電池、電機中性點上的共模電壓也會通過上述寄生電容形成共模EMI電流，并通過高壓線纜最終回到逆變器形成路徑2。

電流1、電流2的和，就是逆變器産生的總體共模幹擾電流。

END

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