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EMC,EMI设计相关技术文章详解电驱动系统电磁兼容性能

电动汽车上最强悍的干扰源是电驱动系统,没有之一。功率模块自身的特点以及工作特性的要求,频率范围宽,功率大,自身具备杂散电感和杂散电容,这些条件凑在一起,更助长了干扰信号的形成和传播。电动汽车上,容易受到干扰的设备太多,与安全相关的电气也很多。这就使得对电动汽车和电驱动系统电磁兼容性能的理解变得非常重要。

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1 电驱动系统组成和性能特点

电驱动系统主要包括电机,电机控制器以及连接两者的高压电力电缆。电机控制器由功率模块,低压控制器组成。

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电驱动系统的工作过程大体如下:

电动汽车整车控制器(VCU)根据对驾驶员意图的判断,计算驱动系统需要电机扭矩,以CAN报文形式发送给电机控制器(ECU);

ECU根据指令,调制PWM波,驱动功率单元开关器件的通断,高电平导通,低电平关断;功率单元以PWM波为蓝本,输出高压波形,驱动电机工作;

功率单元由大功率电力电子开关元件组成,可以实现高频率和大功率的功率调节和输出。最大输出功率由整车需求决定,开关最高频率可以达到兆赫量级,并且性能一直在不断升级过程中。

2 为什么电驱动系统是电磁干扰最大来源

整个电动汽车电气系统中,最大的电磁干扰源是电驱动系统,在具体到系统内部,功率模块和高压电缆是最直接的干扰生成和传播者。可以打个不那么恰当的比方,电驱动系统在电动汽车的电气系统中,就像矮人国里的大力士,随便甩甩胳膊,就能把小矮人弄个重伤。

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典型驱动模块示意图

功率单元的大功率开关管IGBT,在控制器发出的PWM波驱动下导通和关断。理想的PWM波是矩形波,只有高电平和低电平两个状态。而实际的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。IGBT的动作跟随PWM波的指令进行,其导通和关断也不是瞬间完成,都有自己的固有动作时间,因此其波形也是梯形波。电流和电压都是在短时间内,从一个状态变换到另一个状态,变换率非常陡峭,且导通和关断过程中,斜率符号相反。这样的过程在不断的进行,并且频率非常高。电流和电压的剧烈波动,在整个功率模块中产生高次谐波。