本 文 導 讀
- 本文主要介紹新能源汽車電磁相容相關的內容：
- 一、什麼是電磁相容性？
- 二、電動汽車電磁干擾源會有哪些？
- 三、電磁干擾的“王者”——電驅動系統
- 四、電驅動系統的電磁干擾耦合路徑
01| 什麼是電磁相容性？
電磁相容性是指電子電器裝置處在同一個環境中，各自能正常的工作卻又不相互干擾的一種"相容狀態"。國際電工技術委員會（International Electrotechnical Commission, IEC）對"電磁相容"的理解是：車輛或零部件在特定的電磁環境內可以穩定、可靠的執行，同時，對這個電磁環境下的其他裝置不會造成不允許的干擾。
以上，可以看出，"電磁相容"包含兩方面要求：
其一方面，指裝置或系統在正常執行過程中對所在環境產生的電磁干擾（Electromagnetic Interference, EMI）不能超過一定的限值；
妻兒方面，是指裝置或系統對所在環境中存在的電磁干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。
根據電磁相容的要求，對於汽車，我們要研究：
1）汽車部件對車上其他部件、人體、手機等的電磁干擾
2）汽車對來自各部件，及外界環境中雷達、天線、充電裝置等電磁抗干擾 程度。
要分析這些問題，應該從以下三個方面展開：
第一個，明確主要干擾源；
第二個，分析干擾傳播特性、途徑及所處頻段；
第三個，找到相對應的措施，抑制干擾。
我們先從第一步入手，看看電動汽車的主要干擾源會有有哪些?
02| 電動汽車電磁干擾源會有哪些？
我們先看下電動汽車高壓電氣系統及低壓CAN網路連線的結構的示意圖：
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，用於給動力的電池充電。
CAN網路中：整車控制器（VCU）是電動汽車的大腦，透過CAN網路實現電子助力轉向（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最佳化的。
其中，MCU、空調壓縮機、DC/DC變換器等部件大多數採用電力電子開關器件，圖中標出主要部件工作時的開關頻率，產生較大EMI噪音，是重要的干擾源；車上電氣線束分佈廣泛，干擾路徑分析複雜，CAN網路、感測器的訊號線等敏感裝置極易受到干擾。
那麼，面對眾多幹擾源的影響，我們想知道誰是這裡的"王者"？最霸道的電磁干擾源到底是哪個部件呢？
03| 電磁干擾的“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。如果沒有高度整合的系統中，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干擾的"王者"
我們從電機控制的原理和結構角度進一步分析：
電驅動系統執行時，MCU接受VCU的扭矩請求指令，根據請求扭矩的大小調製PWM波，驅動IGBT的通斷，透過控制開通、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，只有高電平和低電平兩個狀態，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，在極短的時間內，開關從一個狀態切換到另一個狀態，斜率很陡峭，符號卻又相反。一連串的因素會導致電流、電壓的劇烈波動，在整個功率模組中產生出高次諧波。
電機控制器的輸入電纜（針對非整合系統）和IGBT高壓功率器件，在結構上存在著雜散電感和雜散電容，電流的劇烈變化會形成差模干擾；雜散引數的存在，在迴路中發生劇烈電壓變化時，又產生共模的干擾。
04| 電驅動系統的電磁干擾耦合路徑
由於電驅動系統內輻射干擾主要是由於傳導電磁干擾引起的，而且可以透過新增遮蔽等物理手段進行抑制，而傳導干擾沿著導體進行傳播，相比輻射干擾更難抑制。
這裡我們謹遵毛爺爺的指導，抓主要矛盾，只分析傳導干擾。傳導干擾是透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干擾。
在前面文章中已經提過電驅動中存在差模干擾和共模干擾，在分析干擾路徑前，我們先要明白什麼是差模干擾？什麼是共模干擾？
差模干擾（Differential-mode）：干擾電壓存在於訊號線及其回線（一般稱為訊號地線）之間，干擾電流回路則是在導線與參考物體構成的迴路中流動。
共模干擾（Common-mode）：干擾電壓在訊號線及其回線（一般稱為訊號地線）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、參考地線板等）為參考電位，干擾電流回路則是在導線與參考物體構成的迴路中流動。
簡單來說，差模干擾時訊號線到訊號線的迴路干擾，共模干擾是訊號線到地的迴路干擾。
IGBT開通關斷期間感應出瞬態脈衝電壓，在相線與電源線組成迴路中產生電流，形成差模干擾迴路。差模傳導電磁干擾耦合路徑示意圖如下所示：
傳播路徑1，透過耦合到母線最終流回到電池；傳播路徑2，是產生的較高頻的電流透過電機內部產生尖峰電壓。電流1、電流2的和，就是逆變器產生的總體差模干擾電流。
共模傳導電磁干擾耦合路徑：
路徑1，為開關器件IGBT處形成的干擾，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，產生的高頻du/dt會透過其上寄生電容充放電，進而產生共模電流，最終透過輸入電纜線回到逆變器形成共模干擾迴路。
同時，研究指出，電機的定子繞組和電機機殼之間，也存在著較大的寄生電容，存在於電池、電機中性點上的共模電壓也會透過上述寄生電容形成共模EMI電流，並透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，就是逆變器產生的總體共模干擾電流。
END
