电动汽车电机驱动系统电磁兼容基础知识及测试方法资料下载

背景 说到电磁兼容，很多人第一反应肯定是电磁炮或者磁悬浮列车。其实电磁场的理论不仅在民用电子产品，军事上，尤其是航空航天的领域升是绝对的核心内容。下面举几个例子让大家看看什么是电磁兼容。 1982年，英阿马岛战争，英国某著名驱逐舰由于受到飞鱼导弹的攻击而沉没。其实当时英舰上已经装载了反导弹侦查系统，本来阿根廷进口的飞鱼就是法国的减装版本，抗电磁干扰能力极差。 可惜当时那位倒霉舰长正在使用无线电通讯系统与英国本部联系，这个无线电系统在工作时会需要关闭反导系统，因为反导系统工作时产生的电磁场会严重干扰舰上的无线电通讯。所以很不巧的事情发生了，老旧的飞鱼畅通无阻的击中了谢菲尔德。 概述 随着人们对电动汽车性能、安全、舒适性等各方面要求的不断提高，电动汽车上各种电子设备的功率越来越大，系统灵敏度越来越高，接受微弱信号的能力越来越强，电子产品所使用的的频带也越来越宽。因此，电子设备之间的相互影响也越来越大。 其中，作为电动汽车核心的具有大功率、大电流的电机驱动系统对其他电气电子设备的干扰影响尤为严重。 目前，针对大功率、大电流的车用电气系统EMC标准还未出台，而随着电动汽车产业的不断发展以及相关EMC标准的规范，迫切需要研究电机驱动系统的EMI机理、试验测试方法、预测分析方法以及EMI抑制技术等，这对提高电动汽车整车EMC性能、缩短产品开发周期、节约成本等具有重要的理论意义和工程实用价值。 电动汽车电机驱动系统 电动汽车借助蓄电池或超级电容提供能量，利用电力电子装置DC/AC（或DC/DC）进行能量变换提供给交流电机（或直流电机）负载进行驱动。 下图以交流电机为例的电动汽车驱动系统的结构框图和示意图：蓄电池（或超级电容器）、主电路、控制电路、电机共同构成了整个驱动系统，粗实线表示的是大功率、大电流线缆。 （a）电动汽车电机驱动系统结构图 从图（a）中可以看出整个系统结构非常复杂，既包括300V左右的高压设备和线缆，又包括5V左右的微控制器电路。 数字信号处理器（Digital Signal Processor, DSP）控制电路由12V蓄电池通过小功率的DC/DC变换模块供电，并发出驱动信号（通常是10V左右的PWM信号）驱动主电路的绝缘栅门极晶体管（Insulated Gate Bipolar Translator, IGBT）模块实现点击供电或调速。 蓄电池提供的直流电通过逆变电路中IGBT模块快速通断而转换以供交流电机正常工作的交流电，如图（b）所示。 （b）电动汽车电机驱动系统示意图 电机驱动系统EMC环境 由于电动汽车电机驱动系统的高电压、大电流以及复杂的结构，使其电磁干扰能量较大、频带较宽且传播耦合路径呈现多样性，这增加了电机驱动系统EMC研究的难度。 但就EMI的基本性质而言，电机驱动系统EMI与其他电子设备或系统的EMI一样，都是由电磁干扰源、传播路径（或耦合通道）和受扰体（敏感体）3个基本要素组成，如图所示。 因此只需要切断三要素中的任何一个环节，电机驱动系统的EMI问题都能得以解决。 电磁干扰源 从上图的电机驱动系统结构与示意图可以看出，整个电机驱动系统的电磁环境非常复杂，其中，控制电路上的时钟信号、数字信号、驱动信号是DSP上的主要干扰源，但相对于主电路以及电机等大功率、大电流设备，其抗干扰能力较弱；由于主电路（逆变电路、电缆）和电机存在大量的杂散电感和电容，在驱动电路作用下，开关器件开通和关断必然会导致电压和电流在短时间内发生瞬变（IGBT最快能到上百纳秒），形成高的du/dt和di/dt，对整个系统造成很强的电磁干扰，是系统的主要电磁干扰源。 传播途径 电磁干扰以传导和辐射的方式进行传播，相应的传播途径也不同。 传导电磁干扰传播，是指通过导线或其他元器件（如电容、电感等），以电压或电流的形式，将电磁噪声的能量在电路中传送。 辐射电磁干扰传播，则是指辐射干扰源在空间以电磁波的形式传播。 在电机驱动系统EMI作用下，根据传导干扰方式的不同，把EMI分为共振（Common Mode）干扰和差模（Differential Mode,DM）干扰两种形式。 电机驱动系统差模干扰传播示意图 他们产生的内部机理有所不同，共模干扰源产生的主要原因是电路中的高du/dt对寄生电容进行放电，产生的高频共模电流通过相线、寄生电容和地构成流通回路；差模干扰是指相线之间的干扰，由逆变器工作时产生的脉动电流di/dt引起，直接通过相线与电源形成干扰回路，差模干扰和共模干扰传播途径如图所示。 当电路中的干扰在30MHz以上时，干扰源就会以电磁波的形式在空间传播至受扰设备。 电机驱动系统共模干扰传播示意图 电磁干扰三要素 说了那么多例子，我们从原理上讲一下电磁兼容，什么是电磁兼容？ 汽车零部件对应的电磁兼容测试国际标准： 电波暗室与屏蔽室的原理 半电波暗室（主要用来进行辐射发射与辐射抗扰度测试）： 屏蔽室（主要用来进行大电流注入，带状线等测试）： 测试方法