新能源汽車電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電流法測試的設(shè)計(jì)優(yōu)化

范敬允

梧州市中小企業(yè)服務(wù)中心 廣西梧州 543001

傳統(tǒng)汽車的內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與新能源汽車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)存在很大的差異，新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)的DC-AC逆變系統(tǒng)中，功率模塊的快速開通和關(guān)斷使電壓在極短時(shí)間內(nèi)發(fā)生跳變，同時(shí)電流方向隨之發(fā)生變化，加之驅(qū)動(dòng)電機(jī)為感性負(fù)載，在進(jìn)行快速變換時(shí)，對(duì)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)自身的低壓控制電路和鄰近的車輛部件形成較強(qiáng)的輻射和傳導(dǎo)干擾。此外，新能源汽車在有限的空間內(nèi)布置了很多車輛部件，部件之間相互的干擾，引起了許多的電磁兼容問題[1]。本文主要研究了CEC試驗(yàn)的超標(biāo)原因及整改方案。

1 新能源汽車電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的傳導(dǎo)發(fā)射試驗(yàn)方法

依據(jù)GB/T18655/CISPR25[2-3]中對(duì)傳導(dǎo)發(fā)射電流法的試驗(yàn)規(guī)定，新能源汽車電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)CEC測試使用電流探頭法，選取的測試限值為3級(jí)。被測電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（包括電機(jī)控制器、電機(jī)）安裝到臺(tái)架上，電機(jī)輸出軸通過實(shí)驗(yàn)室的連接軸與暗室外的負(fù)載電機(jī)相連；高、低壓電源通過低壓/高壓人工網(wǎng)絡(luò)（LV/HV-AN）連接到被測電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。通過上位機(jī)軟件設(shè)置電機(jī)控制器在一定轉(zhuǎn)速、扭矩下工作（工況借鑒GB/T36282-2018[4]推薦的50%額定轉(zhuǎn)速，50%額定扭矩），電流探頭測試位置分別距電機(jī)控制器50mm、750mm。通過電流探頭連接的接收機(jī)讀取控制器產(chǎn)生的傳導(dǎo)騷擾值，考核電機(jī)控制器傳導(dǎo)發(fā)射的強(qiáng)度[2]。

2 CEC試驗(yàn)情況及超標(biāo)分析

按上述試驗(yàn)方法，并通過電機(jī)安裝的轉(zhuǎn)速傳感器采集到轉(zhuǎn)速信號(hào)發(fā)到上位機(jī)軟件上，進(jìn)行CEC測試。在30-108MHz頻率區(qū)間內(nèi)，電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)傳導(dǎo)發(fā)射的諧波超標(biāo)，且超過限值的幅度較大，其可能的原因如下：①由于母排布局限值，PCB與母排有部分交疊區(qū)域，導(dǎo)致低壓干擾耦合到高壓，再通過高壓進(jìn)行放大，使得傳導(dǎo)干擾通過高壓線耦合到控制器外部；②由于高壓濾波不足，X、Y電容選型實(shí)際上與需要濾波的頻段不匹配（出于某種限制，試驗(yàn)中采用了X=1.5μF，Y=0.47μF），CEC測試時(shí)濾波不足，導(dǎo)致耦合到外部的干擾過多；同時(shí)，吸收式濾波器選型不對(duì)，導(dǎo)致吸收的頻段沒有覆蓋到超標(biāo)區(qū)域；③由于測試臺(tái)架限制，高壓線束過長（總長達(dá)到3.5m），導(dǎo)致天線效應(yīng)過強(qiáng)；④PCB布局考慮不周，獨(dú)立功能電路未完全隔離，濾波元件達(dá)不到預(yù)計(jì)的效果，導(dǎo)致電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)傳導(dǎo)發(fā)射測試結(jié)果超標(biāo)[3]。

3 整改措施

為了保證電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)傳導(dǎo)發(fā)射在限值要求內(nèi)，需對(duì)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化。針對(duì)上述4種可能的原因進(jìn)行試驗(yàn)分析：①母排耦合方面，調(diào)整PCB的尺寸，縮小高低壓直接耦合的區(qū)域，降低高低壓耦合干擾，結(jié)果沒有改善，說明導(dǎo)致此問題的主要原因不是由于母排布局；②器件選型方面，經(jīng)多次試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，為了濾除30MHz以上頻段的干擾，電容參數(shù)為X=2.2μF，Y=0.1μF時(shí)，效果相對(duì)較好，搭配的吸收式濾波器參數(shù)重新選擇，重點(diǎn)將濾波參數(shù)由原來的低頻為主，調(diào)整為30MHz頻段以上為主，③針對(duì)測試臺(tái)架限制，更換了另外一家第三方實(shí)驗(yàn)室，線束長度大幅縮短（2.8m），實(shí)驗(yàn)結(jié)果有一些改善，說明線束長度在一定程度上影響了測試結(jié)果；④針對(duì)PCB布局不合理問題，優(yōu)化局部電路PCB的布局。經(jīng)分析，PCB布局不合理主要影響的是控制器的輻射發(fā)射和低壓傳導(dǎo)干擾的幅值，對(duì)高壓傳導(dǎo)干擾的影響有限。整改后，電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的對(duì)外傳導(dǎo)干擾測試結(jié)果符合GB/T18655-2018的限值要求。實(shí)驗(yàn)結(jié)果有較大改善，設(shè)計(jì)優(yōu)化達(dá)到了預(yù)期效果。

4 結(jié)語

從本產(chǎn)品的解決方案結(jié)合其他電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的試驗(yàn)分析情況來看，CEC試驗(yàn)不合格與結(jié)構(gòu)排布、器件型號(hào)選擇、PCB布線設(shè)計(jì)、線束長度不恰當(dāng)息息相關(guān)。為了降低CEC試驗(yàn)不通過的風(fēng)險(xiǎn)，以下幾點(diǎn)在電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)芯片選型、結(jié)構(gòu)布局設(shè)計(jì)的初期需要引起重視：①統(tǒng)籌考慮部件結(jié)構(gòu)件的特征，反復(fù)評(píng)審部件內(nèi)部的線束排布，不同使用途徑的線束不建議平行布局，如果平行布局無法避免，那么線與線距離大于10mm。②濾波電路的設(shè)計(jì)，濾波元件預(yù)留在各個(gè)關(guān)鍵元器件（晶振、大功率芯片、MOS管）的主回路上。③在結(jié)構(gòu)的布局方面，如果使用高低壓隔離方法，高壓與低壓需盡量減少交疊區(qū)域，否則隔離對(duì)策會(huì)起到反作用，造成地電平或者電源區(qū)域之間產(chǎn)生電位差，從而影響整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。結(jié)合使用濾波、屏蔽和接地等常用措施，可有效地降低產(chǎn)品對(duì)外的干擾。④整車的布局、布線也需要作為重要的參考項(xiàng)（雖然普遍參考的都是GB/T18655/CISPR25的布置來進(jìn)行測試的，其實(shí)最終需要以整車通過為準(zhǔn)）。如果能與客戶達(dá)成一致，在高壓線與低壓線的長度選擇上與整車一致，也是一個(gè)較好的選擇；且出于成本的考慮，一份測試報(bào)告可能需要覆蓋多家客戶，依據(jù)法規(guī)進(jìn)行測試布置，可避免不同客戶之間由于車輛布置不同導(dǎo)致的過多的測試量。