新能源電驅(qū)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)解讀與拓展：電磁兼容性(一)

在對(duì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行解讀之前，我們先聊聊導(dǎo)語(yǔ)中的幾個(gè)問(wèn)題，從以下幾方面展開(kāi)：

1. 什么是電磁兼容性？

2. 電動(dòng)汽車(chē)電磁干擾源有哪些？

3. 電磁干擾的"王者"是誰(shuí)?

4. 展望

1. 什么是電磁兼容性？
電磁兼容性是指電子電器設(shè)備處在同一個(gè)環(huán)境中，各自能正常的工作又不相互干擾的一種"兼容狀態(tài)"。國(guó)標(biāo)電工技術(shù)委員會(huì)（International Electrotechnical Commission, IEC）對(duì)"電磁兼容"的理解是：車(chē)輛或零部件在特定的電磁環(huán)境內(nèi)可以穩(wěn)定、可靠的運(yùn)行，同時(shí)，對(duì)此電磁環(huán)境下的其他設(shè)備不會(huì)造成不允許的干擾。

以上，可以看出，"電磁兼容"包含兩方面要求：

一方面，指設(shè)備或系統(tǒng)在正常運(yùn)行過(guò)程中對(duì)所在環(huán)境產(chǎn)生的電磁干擾（Electromagnetic Interference, EMI）不能超過(guò)一定的限值；
另一方面，是指設(shè)備或系統(tǒng)對(duì)所在環(huán)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(chēng)電磁抗擾度。

根據(jù)電磁兼容的要求，對(duì)于汽車(chē)，我們要研究：

1）汽車(chē)部件對(duì)車(chē)上其他部件、人體、手機(jī)等電磁干擾，

2）汽車(chē)對(duì)來(lái)自各部件，及外界環(huán)境中雷達(dá)、天線、充電設(shè)備等電磁抗干擾度。

要分析這些問(wèn)題，應(yīng)從以下三個(gè)方面展開(kāi)：

第一，明確主要干擾源；

第二，分析干擾傳播特性、途徑及所處頻段；

第三，找到相對(duì)應(yīng)的措施，抑制干擾。

我們先從第一步入手，看看電動(dòng)汽車(chē)的主要干擾源有哪些?

2. 電動(dòng)汽車(chē)電磁干擾源有哪些？

我們先看下電動(dòng)汽車(chē)高壓電氣系統(tǒng)及低壓 CAN 網(wǎng)絡(luò)連接的結(jié)構(gòu)示意圖：

高壓系統(tǒng)包括：動(dòng)力電池、高壓控制器、三合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電機(jī)控制器 MCU、減速器）、空調(diào)壓縮機(jī)、DC/DC 等部件，還有車(chē)載充電機(jī)（OBC）以及直流快充，用于給動(dòng)力電池充電。

CAN 網(wǎng)絡(luò)中：整車(chē)控制器（VCU）是電動(dòng)汽車(chē)的大腦，通過(guò) CAN 網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)電子助力轉(zhuǎn)向（EPS）、電池管理系統(tǒng)（BMS）、電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等部件的監(jiān)控控制以及不同工況下的優(yōu)化。

其中，MCU、空調(diào)壓縮機(jī)、DC/DC 變換器等部件大多數(shù)采用電力電子開(kāi)關(guān)器件，圖中標(biāo)出主要部件工作時(shí)的開(kāi)關(guān)頻率，產(chǎn)生較大 EMI 噪音，是重要的干擾源；車(chē)上電氣線束分布廣泛，干擾路徑分析復(fù)雜，CAN 網(wǎng)絡(luò)、傳感器信號(hào)線等敏感裝置極易受到干擾。

那么，面對(duì)眾多的干擾源，我們想知道誰(shuí)是這里的"王者"，最霸道的電磁干擾源到底是哪個(gè)部件呢？

3. 電磁干擾的"王者"——電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，主要包括電機(jī)、電機(jī)控制器和減速器。在沒(méi)有高度集成的系統(tǒng)中，電機(jī)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(qū)動(dòng)系統(tǒng)工作頻率范圍寬、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(qū)動(dòng)系統(tǒng)無(wú)疑成為了電磁干擾的"王者"?。ň褪沁@么霸氣 ...)

我們從電機(jī)控制的原理和結(jié)構(gòu)角度進(jìn)一步分析：

電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，MCU 接受 VCU 的扭矩請(qǐng)求指令，根據(jù)請(qǐng)求扭矩大小調(diào)制 PWM 波（這一塊內(nèi)容在《新能源電驅(qū)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)解讀與拓展：轉(zhuǎn)矩控制精度》有詳細(xì)介紹），驅(qū)動(dòng) IGBT 的通斷，通過(guò)控制開(kāi)通、關(guān)斷時(shí)間，輸出對(duì)應(yīng)的波形，驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作。

理想的 PWM 波是矩形波，只有高電平和低電平兩個(gè)狀態(tài)，而實(shí)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(shí)，死區(qū)時(shí)間的控制，也會(huì)造成波形的畸變。IGBT 的開(kāi)關(guān)頻率大多在 9~10kHz，在極短的時(shí)間內(nèi)，開(kāi)關(guān)從一個(gè)狀態(tài)切換到另一個(gè)狀態(tài)，斜率十分陡峭，符號(hào)又相反。一連串的因素會(huì)導(dǎo)致電流、電壓的劇烈波動(dòng)，在整個(gè)功率模塊中產(chǎn)生高次諧波。

電機(jī)控制器的輸入電纜（針對(duì)非集成系統(tǒng)）和 IGBT 高壓功率器件，在結(jié)構(gòu)上存在著雜散電感和雜散電容，電流的劇烈變化會(huì)形成差模干擾；雜散參數(shù)的存在，在回路中發(fā)生劇烈電壓變化時(shí)，又產(chǎn)生共模干擾。

4. 展望
本篇文章主要介紹了：為什么要分析電磁兼容性？電動(dòng)汽車(chē)上電磁干擾源有哪些？電驅(qū)動(dòng)的電磁干擾是如何產(chǎn)生的？找到電磁干擾源只是 EMC 分析的第一步，后續(xù)會(huì)圍繞電驅(qū)動(dòng)的電磁干擾源繼續(xù)研究 EMC 的相關(guān)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)備，分析干擾類(lèi)型及其所處的頻段，通過(guò)適當(dāng)?shù)姆绞揭种聘蓴_，歡迎小伙伴們的繼續(xù)關(guān)注。

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