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电机控制器电磁兼容问题分析
摘 要：电机控制器是电动汽车电磁兼容测试超标的主要骚扰源之一.电机控制器因其工作原理会产生大量的电磁骚扰并辐射出去,强的辐射骚扰会导致整车不能通过EMC认证,同时电机控制器也是敏感设备.从电机控制器的工作原理、骚扰机理、试验标准、测试技术条件等方面进行分析和介绍,并总结出一份比较全面的测试项目.
关键词：电机控制器；电磁骚扰；试验标准；测试技术条件
1 电机控制器工作原理
电机控制器是电动汽车一个重要的高压部件,某一典型电机控制器工作原理如图1所示.
由图1可以看出,电机控制器的核心是由IGBT管组成的逆变桥以及驱动逆变桥的PWM驱动电路.逆变桥将动力电池的直流电转换为控制驱动电机的近似正弦波的交流电,IGBT管所需的驱动信号由PWM电路提供,微控制器接收整车控制器的扭矩需求,并控制驱动电机按照需求扭矩输出动力,同时在制动工况下,电机控制器控制电机实现制动能量回收.
2电机控制器的骚扰机理分析
2.1 差模传导电磁干扰源
电机控制器采用PWM调制,虽然产生了较好的正弦波,但也在输出端叠加了高次谐波,这些高次谐波在输出端产生差模干扰.其产生差模干扰的主要原因是IGBT管的通断使逆变桥输入电流是一个脉动电流信号,从差模电流传播途径来看,主要在输入测直流母线正负极以及交流线缆上传播.
2.2共模传导电磁干扰分析
当IGBT管导通与关断的瞬间,会产生很高的du/dt,通过回路中开关器件、金属引线、散热片、外壳等对地的寄生电容进行不断地充放电,产生共模电流.
2.3辐射电磁干扰分析
产生辐射的机理主要有两种：一种是由电缆中的导线上的共模电流产生,另一种是电缆中的差模电流回路产生的差模辐射.在电驱动系统中,由于动力线缆的存在,线束（高压、低压）会产生很强的辐射,形成高效的辐射天线；系统工作时,差模电流形成的环路会形成环天线,向外辐射电磁干扰；电机控制器一般会采用金属外壳进行屏蔽,当屏蔽外壳存在缝隙时,也会形成缝隙天线.
综上,电机控制器因其工作特点,不可避免的会产生传导干扰和辐射干扰,而这些干扰源正是电动汽车最主要的干扰源之一,如果不能够控制在法规的限定范围之内,必定会造成整车无法通过EMC认证,故需要在前期进行产品的传导发射及辐射发射测试.
3电机控制器的抗扰性分析
电机控制器因其元器件（IGBT管）的耐压特性,能够承受一定的电压变化波动,但是过大的波动（浪涌、雷击）仍然能够击穿其元器件（晶体管、二极管等）．因此需要对其电源线进行瞬态抗扰性测试.控制线及传感器信号线,因其特殊性,需要保证一定的准确性,需要对其进行瞬态抗扰性测试.
电机控制器一般会安装在电机及其他高压零部件附近,会承受来自其他部件的电磁骚扰,因此需要针对其辐射抗扰性进行测试.
零部件在安装、搬运及正常工作过程中,难免会受到静电的影响.静电放电是一种破坏性极强的释放能量的过程,会对零部件造成极强的破坏.
4电机控制器电磁兼容标准现状
目前国内还没有专门针对电机控制器及驱动电机的电磁兼容测试方法,针对电动汽车用驱动电机系统的电磁兼容性试验方法正在进行研究,但还没有正式发布相关的标准.GB/T 18488中虽然对电磁兼容进行了规定,但只是简单的规定要满足GB 14023及GB/T 17619的要求,而GB 14023及GB/T 17619中并没有高压部件试验方法.
现行的GB/T 18655及GB/T 17619分别规定了汽车零部件的发射测试和抗扰度测试要求,但主要针对12V/24V系统,高压部件的相关内容尚未修订完毕.另外,针对高压部件的测试标准目前正在编制中,尚未出台正式的标准.
国际标准CISPR 25 Ed.4.0中对电机及电机控制器的传导发射及辐射发射的布置方式及限值进行了规定,对电机控制器的EMC测试具有指导意义.同时ECE Rl0中对新能源车的EMC测试也有相应的规定,大家可以参考.
5电机控制器电磁兼容测试项目建议
因目前没有专门的电机控制器电磁兼容测试标准,各公司的EMC工程师往往根据自己的经验以及现有的标准进行测试.笔者通过对现有标准以及正在修订的标准草案进行分析,结合实际工作经验,总结出了一份相对较为全面的测试方案供大家参考,具体如表1所示.
6测试技术条件分析
6.1检波方式选择
因电机控制器采用IBGT功率开关器件进行DC-AC的转换,期间会产生大量的宽带电磁骚扰,故需要对其进行宽带发射测试.同时电机控制器具备微处理器、时钟、PWM等数字电路,需要对其进行窄带发射测试.综合考虑,对电机控制器进行辐射测试时建议选择准峰值检波和平均值检波方式.
6.2加载方式选择
进行辐射测试时,我们希望能够测试EUT在最大辐射状态时的值,在实际工作过程中,因电饥控制器及电机的种类不同,可能存在一定的差异,不同的工作模式也会有一定的差异（启动、加速、恒速、制动等）.根据—般经验,加载比不加载产生的辐射更大,且EMC测试大多都采取在某一稳态下进行测试,故不同的工作模式测试的结果相差不会太大.综合考虑,建议进行带载测试（与电机一起进行测试）,加载条件可选择为25%、75%,工作模式建议选择某一正常工作模式（如恒速）.
对于抗扰性测试,一般建议在正常工作模式下进行测试,加载条件可选择和辐射测试一致或者自定义.
6.3测试项目选择
表1给出了一份相对较完善的测试项目,其中包含了零部件的测试项目和部分整车的测试项目.零部件的测试项目是为了对零部件进行前期EMC控制,降低后期出现EMC问题的概率,建议大家全部进行测试.
进行零部件EMC控制的最终目的是保证整车的EMC水平在一个合格的范围内,从而通过整车的认证,目前很多的主机厂会在前期用零部件来进行整车的标准测试,在一定程度上能够为后续的整车测试带来帮助,建议大家根据实际需求进行选择.
6.4布置方式
因高压部件的布置方式与低压部件布置方式存在区别,在进行相应测试时,可以参考CISPR 25 Ed.4.0以及正在修订的相关标准草案的布置方式进行布置.左图2给出的是辐射发射的布置方式,其他布置方式请参照相应的测试标准.
6.5限值选择
整车测试项目依据其限值要求（也可留一些余量）,零部件测试建议选择等级3或者4.7结语
本文分析了电机控制器的电磁兼容产生机理,针对性的提出了电机控制器的测试方案,同时对测试的技术条件进行了分析.
参考文献：
[1]郑军奇,电磁兼容设计与测试案例分析（第2版）[M]．电子工业出版社,2016．
[2]翟丽．车辆电磁兼容基础．机械工业初版社[M].2012．
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[4]CISPR25 Ed.4.0. Vehicles, boats and internal combustion engines-Radio disturbance characteristics-Limits and methods of measurement for the protection of on-board receivers[S].2015．
电磁兼容论文范文结:
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