电动汽车电磁干扰的分析与抑制

摘 要：近年来，电动汽车的开发已成为未来汽车的主要发展方向。与传统燃料汽车相比，电动汽车虽然更加环保，但是因为在汽车内增加了很多的电力电子零件，在提高电能利用效率的同时使得电磁兼容（EMC）问题越发的明显，与之相关的电磁干扰（EMI）也越来越严重。针对上述问题，本文将重点研究电动汽车系统所产生的电磁干扰，对其的产生原因与抑制方法作出分析。

关键词：电动汽车 电磁干扰 干扰抑制

Analysis and Suppression of Electromagnetic Interference in Electric Vehicle

Mao Xiaojuan

Abstract：In recent years， the development of electric vehicle has become the main development direction of the future automobile. Compared with traditional fuel vehicles， electric vehicles are more environmentally friendly， but with the addition of many electric and electronic components， the problem of electromagnetic compatibility becomes more and more obvious while improving the efficiency of electric energy utilization， and the electromagnetic interference is becoming more and more serious. In view of the above problems， this paper will focus on the research of EMI produced of new energy vehicle， and analyze the causes and the suppression methods.

Key words：electric cars， electromagnetic interference， interference suppression

1 电磁干扰和电磁兼容

1.1 电磁干扰

电磁干扰从发现到至今已经经历了非常长一段发展时间，但直到现在也没有人能完全保证能够消除电磁干扰。而汽车上越来越多的电子系统使电磁干扰也越来越严重，电磁干扰的发生，会引起受到电磁干扰的电子系统性能下降，甚至可能出现电子系统功能失灵等问题，这对汽车的安全行驶有重大的隐患[1]。

1.2 电磁兼容

电磁兼容性即电气元器件即便是在出现电磁干扰的情况下也能够正常运转的抗电磁干扰能力[2]。电磁兼容性包括电磁干扰和电磁敏感性。电磁干扰就是系统在正常工作的时候，在运行相关电子设备的时候有对影响系统正常工作的电磁噪声产生。电磁敏感性是指系统在正常工作的时候，受到周边的电磁影响后仍然能执行相关功能的能力。

1.3 电磁干扰的传输途径

电磁干扰的传输耦合路径仅仅分布在敏感设备以及干扰源两者之间。其中，传导电磁干扰更多是依靠导体的作用来实现直接的传输，而辐射电磁干扰则需要经由空间作用来实现传输。

1.4 电磁敏感性

电磁敏感性即电磁干扰的受抗体，电气系统内的干扰源能够将出现的电磁干扰信号经过耦合路径传递到敏感设备。在这种情况下，电磁干扰是否产生和电磁干扰的严重程度完全取决于设备自身的抗干扰能力。电子设备或者系统对抗外来电磁干扰影响的能力被视为电磁敏感性。

2 电动汽车电磁干扰现象的防护措施分析

电动汽车主要以蓄电池供电，但在汽车提速时，因為瞬时电流快速增大，使得瞬时电压值变得很小，会影响汽车的动力性能，而汽车内的逆变器可以提高蓄电池的供电能力，使电压回升到正常的水平，可以有效的提高新能源汽车的加速功能，使汽车的动力性能得到改善。但是逆变器在正常运行时因为开关管的高速开关动作，会有比较大的电压、电流变化率，产生严重的电磁干扰，对于电动汽车电磁干扰的抑制来看，在设计初期能采用的抑制措施相对比较多，后期能采用的抑制办法也许会受到很多条件的限制。另外若在新能源汽车设计初阶段就考虑车内电子设备之间的电磁兼容问题，成本也会更低。

不管电气设备或汽车系统有多复杂，电磁干扰的产生包括三个基本要素：干扰源、传输路线和敏感设备。换言之，这三大基本要素是形成电磁干扰的必要组成部分，缺少任何一项的情况下都无法出现电磁干扰现象。为了抑制电磁干扰，人们想尽办法将三要素中的一个因素去除掉，实际操作期间，只需要对其一个进行抑制作用，面临的电磁干扰问题就可以有效地解决。目前对传导电磁干扰的抑制国内外都做了大量的分析研究，主要的抑制办法有两种[4]，一种是从干扰源出发，屏蔽和限制其发射强度;另一种就是由传播路径的研究着手，对传导EMI的传播路径进行阻断。

2.1 屏蔽干扰源

汽车电器设计工作至关重要，对于汽车电子控制器电路板来说，它是整个汽车运行的关键，也是影响整个汽车运行的关键部件。其中电器由于瞬间高压所产生的磁场，为抑制其干扰或者是屏蔽干扰源，可以通过添加导线金属网、金属遮盖或者是金属罩等措施来抑制电磁干扰的产生。

2.2 加装无源EMI滤波器

在汽车系统中添加滤波器主要是为了阻断EMI的传播路径，从而达到抑制传导EMI的目的。但若是只将滤波器加入其中，则很大程度上会由于负载端以及直源端两者阻抗方面的不匹配性，而带来更加严重的反射损耗影响;还有可能就是滤波器的参数以及结构都是固定的存在，实际运行期间就会被持续变化的运行环境所影响而出抑制效果减弱，以及寄生参数对电路的影响等问题。所以加装一种无源EMI滤波器，从根本上避免了上述传统滤波器带来的弊端，也对传导电磁干扰有很好的抑制作用。如图2.1是EMI滤波器的工作原理图，能够明确若是存在电磁干扰信号，则监测点就将针对信号完成检测处理，并且在补偿点位置对于检测信号完成等量反向叠加电压补偿，以此来抑制电磁干扰的产生及传输。

3 电动汽车电磁干扰现象的抑制

本文选择的一种无源滤波器，其原理是检测电路内的共模干扰电压，实施反向叠加电压补偿，达到抑制干扰信号的目的，图2呈现出来的是EMI滤波器结构。

为深入分析无源EMI滤波器对于电磁干扰具有的抑制效果，经MATLAB接入滤波结构实现仿真分析，经由对结果的对比，进一步证实无源滤波器抑制效果的有效性和正确性。

在仿真时要保证接入滤波结构电路时共模干扰仿真模型和参数与滤波器未接入之前的模型、参数一致。图3就是直流端的共模干扰电流波形图。与抑制前的图4相比，可见，干扰电流的幅值相对于抑制前整体都有了大幅度的降低，进而大幅度减弱电磁干扰对于新能源汽车的电磁环境方面的影响。

在MATLAB软件内，将图进行傅里叶变换获得图6抑制后的共模干扰电流频谱图。与抑制前图5相比，得到表1抑制前后直流端的共模干扰电流频谱对比表，可见，引入滤波结构后，Z源逆变器电磁干扰大幅度下降，抑制作用比较明显。

通过分析对比EMI滤波器抑制前后的效果可以看出，抑制后干扰频的幅值会比较小，所以明确了本文设计得到的滤波器相较传统滤波器呈现出来的抑制作用更加突出。

4 结语

本文分析了Z源逆变器传导电磁干扰的抑制方法，设计了一种无源滤波器通过阻断电磁干扰的传播途径来有效对电磁干扰进行抑制，经过MATLAB分析，明确该方法的有效性与正确性。

参考文献：

[1]金松涛，刘青松.混合动力汽车电磁兼容技术研究[J].客车技术与研究，2010，32（2）：45-47.

[2]中国标准出版社第四编辑室.电磁兼容标准汇编（基础卷）[M].北京：中国标准出版社，2007.

[3]安宗裕，杨永明，彭河蒙.电动汽车电磁兼容问题研究[J].重庆大学，2010.10.29.

[4]肖军.汽车电子产业已成为新经济的增长点[J].天津汽车，2005（6）：3-6.

作者简介

毛晓娟：（1986.04—），女，满族，甘肃临夏人，讲师，本科。研究方向：电气工程及其自动化。