電動(dòng)汽車電機(jī)控制器的電磁干擾抑制研究

賀彪 張青原 趙學(xué)廣

長城汽車股份有限公司，河北省汽車工程技術(shù)研究中心 河北保定 071000摘要：近年來我國交通運(yùn)輸行業(yè)得到了高速的發(fā)展，但環(huán)境污染的程度卻與日俱增，這促進(jìn)了我國電動(dòng)汽車行業(yè)的發(fā)展。對(duì) 電動(dòng)汽車的研究發(fā)現(xiàn)，其電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在使用的過程中，由于電動(dòng)機(jī)以及電機(jī)控制器內(nèi)部 IGBT 等功率器件的高頻開關(guān)會(huì)干 擾其內(nèi)部低壓電路，甚至?xí)?dǎo)致整個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)無法正常工作。

關(guān)鍵詞：電機(jī)控制器；；電磁干擾；；干擾抑制

中圖分類號(hào)：U469.72 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-3178（2018）19-0240-01

Study on electromagnetic interference suppression of motor controller of electric vehicle

He Biao Zhang Qingyuan Zhao Xueguang

Great Wall Motor Company， Automotive Engineering Technical Center of HeBei， baoding 071000

Abstract： in recent years， China's transportation industry has achieved rapid development， but the degree of environmental pollution is increasing day by day， which promotes the development of China's electric vehicle industry. The study on electric vehicles found that the high frequency switch of the motor and power devices such as IGBT inside the motor controller would interfere the low-voltage circuit inside the motor and even lead to the failure of the whole motor drive system during the use of the motor drive system.

Keywords： motor controller； electromagnetic interference； interference suppression

1 電動(dòng)汽車及其電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)要概述

電動(dòng)汽車以動(dòng)力電池為能量來源，通過 IGBT 等功率轉(zhuǎn)換器件

向電機(jī)輸出電能并使其按照一定的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng) 整車行駛。電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要由電機(jī)控制器、電機(jī)及三相電纜三部 分組成，電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作為電動(dòng)汽車關(guān)鍵動(dòng)力部件，通過 CAN 網(wǎng)絡(luò) 與整車交互指令和狀態(tài)信息，電機(jī)控制器通過采集電機(jī)電流、速度 及位置信號(hào)，并綜合整車系統(tǒng)狀態(tài)及整車控制指令，將來自整車高 壓配電的直流電逆變成交流電并驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)工作。

2 電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)部典型的電磁干擾

源

電動(dòng)汽車電動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，流過其線圈繞組的電流會(huì)高頻率通 斷從而導(dǎo)致線圈中的磁場(chǎng)即刻消失，線圈繞組會(huì)產(chǎn)生上千伏的瞬變 過電壓，此種情況尤其在電機(jī)的起動(dòng)以及制動(dòng)時(shí)尤為明顯，當(dāng)電動(dòng) 機(jī)電樞繞組電流突然被切斷時(shí)，電動(dòng)機(jī)定子勵(lì)磁使得轉(zhuǎn)子電樞繞組 產(chǎn)生與原電樞電動(dòng)勢(shì)同方向的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，而這同方向疊加會(huì)產(chǎn)生 原額定電壓 10 倍左右的瞬間過電壓，將導(dǎo)致很強(qiáng)的能量并瞬間釋 放。被瞬間釋放的能量會(huì)通過傳導(dǎo)性電磁干擾的方式竄入低壓控制 電路及 CAN 總線，干擾其模擬及數(shù)字電路正常工作，從而導(dǎo)致系統(tǒng) 的邏輯運(yùn)算錯(cuò)誤使得電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)故障停機(jī)。除電動(dòng)機(jī)外，電機(jī)控 制器產(chǎn)生的電磁干擾更加不可忽視。

電機(jī)控制器采用 PW M 控制方式，其 IGBT 開關(guān)頻率高達(dá) 4kH z 至 8kH z，電機(jī)控制器工作時(shí)在開關(guān)頻率下產(chǎn)生的紋波電流幅值很 高，會(huì)對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)部低壓控制單元造成信號(hào)失真甚至失控； 而且，電機(jī)控制器內(nèi)部繼電器等觸點(diǎn)開關(guān)在斷開瞬間，上千安培的 拉弧放電產(chǎn)生的電流值會(huì)迅速減小到零，由于繼電器等觸點(diǎn)開關(guān)多 為電感線圈繞制而成，因此其在關(guān)斷瞬間會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)電壓脈沖，將 對(duì)低壓電路形成強(qiáng)烈的傳導(dǎo)性電磁干擾。另外，電機(jī)控制器輸出的 高壓交流也會(huì)通過導(dǎo)線以傳導(dǎo)性電磁干擾的形式與低壓線進(jìn)行電容 性耦合及電感性耦合從而影響電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

3 電機(jī)控制器的電磁干擾抑制措施

3.1 線束的輻射信號(hào)處理

引起電機(jī)控制器電磁干擾問題的原因有很多，其中最重要的就

是電纜，因?yàn)殡娎|可以作為天線，將周圍的電磁信號(hào)發(fā)射出去。同 時(shí)，由于電動(dòng)汽車上可供安裝設(shè)備的空間十分有限，無法使安裝的 電纜均保持安全的距離。

線束布線規(guī)則：

（1）為達(dá)到充分的退耦，電機(jī)控制器與電機(jī)之間的動(dòng)力線和CAN 總線、信號(hào)線應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離，保持的最小間距為0.3m；

（2）I 類電纜與 S 類電纜可以垂直交叉，這時(shí)，不需要考慮電

纜距離問題；

（3）I 類電纜采用帶屏蔽層的電纜，供電線和回線之間的距離

盡量靠近；

（4）CAN 總線信號(hào)電纜采用帶屏蔽層雙絞線方式，盡量絞緊，

且貼近底盤布線，以減少回路面積，防止低頻段的輻射干擾，高頻 段加瓷珠解決；

（5）其它信號(hào)線采用帶屏蔽層的電纜，電纜的屏蔽層采取單端 接地的方式，且貼近底盤布線。

3.2 逆變器環(huán)節(jié)的抑制措施

本研究檢測(cè)的電機(jī)控制器系統(tǒng)使用的電壓源逆變器，采用空間

矢量脈寬調(diào)制方法。由于電機(jī)的三相輸出電壓不是絕對(duì)對(duì)稱的，這 就造成電機(jī)中點(diǎn)的電壓值實(shí)際上很難是零值，于是就產(chǎn)生了共模電 壓。同時(shí)，PWM 脈沖控制開關(guān)管通斷，會(huì)產(chǎn)生很高的du/dt，于是在 逆變器與電機(jī)之間就存在了大幅值的共模電壓和高 du/dt，這就形 成了主要的干擾源。

因此，在電動(dòng)汽車中，電機(jī)控制器與電機(jī)應(yīng)盡可能得靠近，使 其連接電纜盡可能得短以減少共模電流的環(huán)路面積，同時(shí)，連接電 纜應(yīng)貼近底盤同時(shí)帶有屏蔽層，其屏蔽層分別與電機(jī)控制器、電機(jī) 360 度搭接，這樣使得電纜屏蔽層與電機(jī)控制器和電機(jī)共同構(gòu)成一 個(gè)完整的屏蔽體，從而減少共模輻射。

結(jié)語：

電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)傳導(dǎo)性電磁干擾的抑制是一個(gè)系統(tǒng)性工

程，若要使得電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)傳導(dǎo)性電磁干擾達(dá)到較為理想的水平， 需要在產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期即針對(duì)控制板、驅(qū)動(dòng)板、電源板、IGBT 等關(guān)鍵 零部件進(jìn)行電磁兼容仿真并不斷針對(duì)電路板走線布局、機(jī)械結(jié)構(gòu)布 局、高低壓線束走線布局等進(jìn)行改進(jìn)，而不是待產(chǎn)品定型后再加裝 相關(guān)濾波器等屏蔽措施進(jìn)行“圍堵”，這種被動(dòng)整改措施不僅增加 了物料成本、電路板及機(jī)械結(jié)構(gòu)變更成本及人力成本，并且最終的 屏蔽效果在某些頻段也不一定有較大幅度的改善。

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