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新能源电动车电机驱动信号导体面积需要受控!

更新时间:2020-03-20      点击次数:918

原理解读

  图1是电动车电机驱动器的EMI问题的基本原理图。

辰仪科技

图1   电动车电机驱动器的EMI问题基本原理图

按图1所示,电机驱动器的EMI共模电流主要有两种,即图中的ICOM1和ICOM2。

共模电流ICOM1是因为动力电机的驱动信号电缆线与参考接地板之间的寄生电容CP2,导致UVW信号通过该寄生电容传递至参考接地板,再由产品中所有与参考接地板之间的回路,包括EMI测试时高压直流线与参考接地板之间所连接的LISN装置,终回到驱动电机UVW信号的功率地。

共模电流ICOM2是因为动力电机的驱动信号线在壳体内部与壳体之间的寄生电容CP1,导致UVW信号通过该寄生电容传递壳体,并从壳体与参考接地板之间的接地线,传递至参考接地板,再由产品中所有与参考接地板之间的回路,包括EMI测试时高压直流线与参考接地板之间的LISN,终回到驱动电机UVW信号的功率地。

按以上分析,CP1和CP2的大小对流过LISN和高压线束的共模电流大小影响很大,而流过LISN的共模电流就是传导骚扰,流过高压线束的共模电流就是辐射骚扰(高压线束犹如等效发射天线)。可见,降低寄生电容CP1和CP2的值是降低传导骚扰和辐射骚扰的重要措施。

就寄生电容CP1来说,其大小与UVW信号所在导体的面积、UVW信号与机壳之间的距离有关。

理论计算公式是:Cp ≈ 0.1 × S / H

其中:

Cp:寄生电容[pF]

S:信号导体的等效面积[cm2]

H:高度[cm]

为了减小CP1,以下结论是显而易见的:

1、UVW的导体长度要短;

2、UVW的导体宽度要窄;

3、UVW信号的导体与壳体之间应该有功率地的地平面

然而为什么UVW信号的导体与壳体之间应该有功率地的地平面呢?请看图2。图2是表达UVW信号与参考接地板之间的分布电容的原理图,图中UVW信号导体与参考接地板之间无其它导体,即形成较大的寄生电容。

 

 

辰仪

图2 UVW信号与参考接地板之间的分布电容

当UVW信号导体下方存在地平面时,UVW信号导体与参考接地板之间的寄生电容如图3所示。

辰仪

图3 铺设地平面后的寄生电容

  图3中可以看出,因为地平面“隔离”了分布在UVW信号导体与参考接地板之间的电场,所以UVW信号导体与参考接地板之间寄生电容也减少(电容的定义是单位电压下的电荷储存量)。

总结与思考

  1. 高dv/dt的导体或器件与参考接地板之间的容性耦合,是产生EMI问题的重要因素,也是EMC风险评估技术中风险要素之一;

  2. 产品设计是一定要保证高dV/dt的信号导体(如UVW信号、时钟信号)面积小。在电动车电机驱动器中,实际上是要求:

    1)IGBT安装在UVW信号在机箱的出口处,便于保证长度短;

    2)铜排的宽度在满足通流量的情况下保持小。

  3. 高dv/dt的信号导体(如UVW信号、时钟信号等)的下方存在地平面(若是PCB,则铺设地平面;若采用铜排,则用叠层母排)。像电机驱动器,其UVW信号还会以电缆的形式延伸至壳体之外,这时降低寄生电容的方法就对电缆进行屏蔽处理;

  4. 当高dv/dt的信号导体在PCB中布置时,印制线或器件杜绝放置在PCB板的边缘。如果设计中由于其它原因一定要布置在PCB板边缘,那么可以在印制线边上再布一根工作地(GND)线,并通过过孔将此工作地(GND)线与工作地(GND)平面相连;

  5. 消除一种误解:不要认为辐射是UVW信号导体直接造成的,事实上UVW信号导体个体较小,它直接影响的是近场辐射(表现为UVW信号导体与其它导体(如参考接地板)之间形成的寄生电容),造成远场辐射的直接因素是电缆或产品中大尺寸与辐射频率波长可以比拟的导体。

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