新能源汽车电驱动系统电流法测试的设计优化

范敬允

梧州市中小企业服务中心 广西梧州 543001

传统汽车的内燃机驱动系统与新能源汽车的驱动电机系统存在很大的差异，新能源汽车驱动电机系统的DC-AC逆变系统中，功率模块的快速开通和关断使电压在极短时间内发生跳变，同时电流方向随之发生变化，加之驱动电机为感性负载，在进行快速变换时，对电驱动系统自身的低压控制电路和邻近的车辆部件形成较强的辐射和传导干扰。此外，新能源汽车在有限的空间内布置了很多车辆部件，部件之间相互的干扰，引起了许多的电磁兼容问题[1]。本文主要研究了CEC试验的超标原因及整改方案。

1 新能源汽车电驱动系统的传导发射试验方法

依据GB/T18655/CISPR25[2-3]中对传导发射电流法的试验规定，新能源汽车电驱动系统CEC测试使用电流探头法，选取的测试限值为3级。被测电驱动系统（包括电机控制器、电机）安装到台架上，电机输出轴通过实验室的连接轴与暗室外的负载电机相连；高、低压电源通过低压/高压人工网络（LV/HV-AN）连接到被测电驱动系统。通过上位机软件设置电机控制器在一定转速、扭矩下工作（工况借鉴GB/T36282-2018[4]推荐的50%额定转速，50%额定扭矩），电流探头测试位置分别距电机控制器50mm、750mm。通过电流探头连接的接收机读取控制器产生的传导骚扰值，考核电机控制器传导发射的强度[2]。

2 CEC试验情况及超标分析

按上述试验方法，并通过电机安装的转速传感器采集到转速信号发到上位机软件上，进行CEC测试。在30-108MHz频率区间内，电驱动系统传导发射的谐波超标，且超过限值的幅度较大，其可能的原因如下：①由于母排布局限值，PCB与母排有部分交叠区域，导致低压干扰耦合到高压，再通过高压进行放大，使得传导干扰通过高压线耦合到控制器外部；②由于高压滤波不足，X、Y电容选型实际上与需要滤波的频段不匹配（出于某种限制，试验中采用了X=1.5μF，Y=0.47μF），CEC测试时滤波不足，导致耦合到外部的干扰过多；同时，吸收式滤波器选型不对，导致吸收的频段没有覆盖到超标区域；③由于测试台架限制，高压线束过长（总长达到3.5m），导致天线效应过强；④PCB布局考虑不周，独立功能电路未完全隔离，滤波元件达不到预计的效果，导致电驱动系统传导发射测试结果超标[3]。

3 整改措施

为了保证电驱动系统传导发射在限值要求内，需对电驱动系统进行设计优化。针对上述4种可能的原因进行试验分析：①母排耦合方面，调整PCB的尺寸，缩小高低压直接耦合的区域，降低高低压耦合干扰，结果没有改善，说明导致此问题的主要原因不是由于母排布局；②器件选型方面，经多次试验发现，为了滤除30MHz以上频段的干扰，电容参数为X=2.2μF，Y=0.1μF时，效果相对较好，搭配的吸收式滤波器参数重新选择，重点将滤波参数由原来的低频为主，调整为30MHz频段以上为主，③针对测试台架限制，更换了另外一家第三方实验室，线束长度大幅缩短（2.8m），实验结果有一些改善，说明线束长度在一定程度上影响了测试结果；④针对PCB布局不合理问题，优化局部电路PCB的布局。经分析，PCB布局不合理主要影响的是控制器的辐射发射和低压传导干扰的幅值，对高压传导干扰的影响有限。整改后，电驱动系统的对外传导干扰测试结果符合GB/T18655-2018的限值要求。实验结果有较大改善，设计优化达到了预期效果。

4 结语

从本产品的解决方案结合其他电驱动系统的试验分析情况来看，CEC试验不合格与结构排布、器件型号选择、PCB布线设计、线束长度不恰当息息相关。为了降低CEC试验不通过的风险，以下几点在电驱动系统芯片选型、结构布局设计的初期需要引起重视：①统筹考虑部件结构件的特征，反复评审部件内部的线束排布，不同使用途径的线束不建议平行布局，如果平行布局无法避免，那么线与线距离大于10mm。②滤波电路的设计，滤波元件预留在各个关键元器件（晶振、大功率芯片、MOS管）的主回路上。③在结构的布局方面，如果使用高低压隔离方法，高压与低压需尽量减少交叠区域，否则隔离对策会起到反作用，造成地电平或者电源区域之间产生电位差，从而影响整个系统的正常运行。结合使用滤波、屏蔽和接地等常用措施，可有效地降低产品对外的干扰。④整车的布局、布线也需要作为重要的参考项（虽然普遍参考的都是GB/T18655/CISPR25的布置来进行测试的，其实最终需要以整车通过为准）。如果能与客户达成一致，在高压线与低压线的长度选择上与整车一致，也是一个较好的选择；且出于成本的考虑，一份测试报告可能需要覆盖多家客户，依据法规进行测试布置，可避免不同客户之间由于车辆布置不同导致的过多的测试量。