800V電控高壓平臺(tái)EMC-高壓電控系統(tǒng)EMC設(shè)計(jì)與挑戰(zhàn) -小鵬汽車

高壓電控系統(tǒng)EMC設(shè)計(jì)與挑戰(zhàn)2021.09.17動(dòng)力總成中心@2021Xiaopengallrightsreservedandconfidentional動(dòng)力總成中心12EMC基礎(chǔ)知識(shí)電12EMC基礎(chǔ)知識(shí)電控EMC設(shè)計(jì)與挑戰(zhàn)CONTENTS11電磁場(chǎng)的基本量場(chǎng)量符號(hào)單位度EV/m電通量密度DC/m^2磁通量密度BT磁場(chǎng)強(qiáng)度HA/m電磁場(chǎng)基本常數(shù)場(chǎng)量符號(hào)單位真空光速C真空介電常數(shù)0真空磁導(dǎo)率加率的最大方向Vsd麥克斯韋方程組n時(shí)變電場(chǎng)的激發(fā)源除電荷以外，還有變化的磁場(chǎng)；時(shí)變磁場(chǎng)的激發(fā)源除傳導(dǎo)電流以外，還有變化的電場(chǎng)n電場(chǎng)和磁場(chǎng)互為激發(fā)源，相互激發(fā)n電場(chǎng)和磁場(chǎng)不再相互獨(dú)立，而是相互關(guān)聯(lián)，構(gòu)成一個(gè)整體電磁場(chǎng)，電場(chǎng)和磁場(chǎng)分別為電磁場(chǎng)的兩個(gè)物理量n麥克斯韋方程組預(yù)言了電磁波的存在，且已被事實(shí)所證明(赫茲)22220t2EH4107136120377()109一Dt,一Bt,0,0一Bt()通過解波動(dòng)方程，可以求出空間中電場(chǎng)場(chǎng)量和磁場(chǎng)場(chǎng)量的分布情況。但需要注意的是：只有少數(shù)特殊情況可以通過直接求解波動(dòng)方程求解。方程，可得到電磁波在空間的速度C及波阻等信息。無無源區(qū)磁場(chǎng)波動(dòng)方程波速：對(duì)相位求導(dǎo)k0vvdz1CpdtkHHkEEMC概述電磁兼容的定義國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T4365-2003《電工術(shù)語電磁兼容》：“設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對(duì)該環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承受S敏感設(shè)備擾途徑電磁兼容的三要素敏感設(shè)備擾途徑干擾源(source)：產(chǎn)生電磁噪聲的干擾源頭?瞬態(tài)變化的電壓或電流，即dV/dt或dI/dt很大(開關(guān)、時(shí)鐘電路)干擾途徑(path):電磁噪聲的傳導(dǎo)途徑?輻射，噪聲電氣設(shè)備本身或是經(jīng)由設(shè)備天線直接穿透空氣的空間輻射路徑；敏感設(shè)備(Victim):被電磁噪聲干擾的設(shè)備EMC概述信號(hào)n間上連續(xù)、數(shù)值上也連續(xù)變化的物理量。n的，變化在時(shí)間是不連續(xù)的信號(hào)，表示數(shù)字量的信號(hào)就數(shù)n波頻率分量，其中有效的是指信號(hào)的諧波幅值高于相同頻率的理想方波相應(yīng)諧波幅值的70%那個(gè)點(diǎn) (即幅值功率的50%)。BW=動(dòng)力總成中心@2021XiaopengallrightsreservedandconfidentionalEMC概述時(shí)域與頻域n由于EMC標(biāo)準(zhǔn)限值多是在頻域中規(guī)定，除了時(shí)域分析，我們也必須能夠在頻域中對(duì)干擾進(jìn)行分析，傅氏變換就是這樣一種工具。n對(duì)于連續(xù)或離散的數(shù)字或模擬的信號(hào)，用傅氏變換將信號(hào)從時(shí)域變換到頻域。得到的頻域波形稱號(hào)，頻譜是離散的。因此周期信號(hào)的能量更集中，所以干擾作用更強(qiáng)。ff(t)=a0+w[ancos(no1t)+bnsin(no1t)]n=1動(dòng)力總成中心@2021Xiaopengallrightsreservedandconfidentional趨膚效應(yīng)與趨膚深度動(dòng)力總成中心@2021Xiaopengallrightsreservedandconfidentional動(dòng)力總成中心在良導(dǎo)體中，衰減因子。對(duì)于一般的高頻電磁波(GHz)，當(dāng)媒質(zhì)導(dǎo)電率較大時(shí)，往往很大，電磁波在此導(dǎo)電媒質(zhì)中傳播很小的距離后，電、磁場(chǎng)場(chǎng)量的振幅將衰減到很小。因此，電磁波只能存在于良導(dǎo)體表層附近，其在良導(dǎo)體內(nèi)激勵(lì)的高頻電流也只存在于導(dǎo)體表層附近，這種現(xiàn)象成為趨膚效應(yīng)。我們用趨膚深度(穿透深度)來表征良導(dǎo)體中趨膚效應(yīng)的強(qiáng)弱。電磁波穿入良導(dǎo)體中，當(dāng)波的幅度下降為表面處振幅的1e時(shí)，波在良導(dǎo)體中傳播的距離，稱為趨膚深度。e=11e1116==電磁兼容測(cè)量中常用單位綱，單位也不盡相同，分述如下：坡印廷矢量坡印廷矢量W/W/m2(EV/m)20Z0SdB(W/m2)=EdB(V/m)25.8dB時(shí)域波形電磁兼容測(cè)量中常用設(shè)備時(shí)域波形頻譜分量頻譜分析儀觀察傅立葉級(jí)數(shù)(周期頻譜分量頻譜分析儀觀察傅立葉變換(非周期)天線人工電源網(wǎng)絡(luò)接收機(jī)(頻譜儀)試驗(yàn)項(xiàng)目(試驗(yàn)項(xiàng)目(EMC)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)抗擾度部分EMS企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)?ISO汽車電子標(biāo)準(zhǔn)體系(ISO7637、10605)?IEC/CISPR/D汽車電子電磁騷擾標(biāo)準(zhǔn)體系(CISPR25)?歐盟汽車電子標(biāo)準(zhǔn)體系(R10)輻射發(fā)射(RE)傳導(dǎo)抗擾輻射發(fā)射(RE)傳導(dǎo)抗擾度(CS)輻射抗擾度(RS)磁場(chǎng)抗擾度(MS)靜電放電(ESD)(CE)?中國GB汽車電子標(biāo)準(zhǔn)體系(GB14023、18387)發(fā)射部分發(fā)射部分?汽車電子廠商標(biāo)準(zhǔn)體系(GM3097等)22高壓電控EMC設(shè)計(jì)與挑戰(zhàn)動(dòng)力總成技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)@2021XiaopengallrightsreservedandconfidentionalIntegratedunitPowerElectronicsBox(Inverter+OBC+DCDC+PDU)IntegratedunitPowerElectronicsBox(Inverter+OBC+DCDC+PDU)高集成深度低llinoneNissanLeafNissanLeaf2ndGenBMWi3GMNextGenBEVTeslaModel3Audi/PorschePPEAudiPPETeslaModelSAudie-TronBEVVWMEBBMWGen5DaimlerEVA2Teslamodel3GMBoltBEVDaimlerEVA1TeslaModelSMostcurrentCNBEVmodelsVW:e-GolfuseCIDDfromPHEVVolvo:BEVwithCIDD動(dòng)力總成技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)@2021Xiaopengallrightsreservedandconfidentional驅(qū)動(dòng)功率475V1200V1000V驅(qū)動(dòng)電壓驅(qū)動(dòng)功率475V1200V1000V驅(qū)動(dòng)電壓今天~1700今天~1700V耐壓器件~1200V耐壓器件耐壓器件900V500V48V出，也帶來更多EMC問題共模干擾的原理動(dòng)力總成中心@2021Xiaopengallrightsreservedand動(dòng)力總成中心?開關(guān)電源及電機(jī)驅(qū)動(dòng)都會(huì)產(chǎn)生大的噪聲電流并傳導(dǎo)到負(fù)載及電源本體。共模電流是低頻傳導(dǎo)干擾及高頻輻射干擾的主要原因。?理解噪聲源頭和耦合機(jī)理，就可以提出相應(yīng)的解決辦法，包括多種方法的組合實(shí)施來解決共模干擾問題。1.負(fù)載端加載合適的濾波器件2.良好的接地及合適的接地點(diǎn)3.合適的屏蔽措施(材料與位置)EMI來源分析ialModeNoise?Schematics?PCBLayout?WiringDiagramsn在解決EMC問題前必須鎖定噪聲源及電流回路路徑對(duì)于電控產(chǎn)品，其功率模塊開關(guān)過程中產(chǎn)生共模電動(dòng)力總成中心@2021Xiaopengallrightsreservedandconfidentional共模電壓來源@2021Xiaopengallrightsreservedandconfidentionaln對(duì)于SVPWM調(diào)制，其共模電壓如式所示：Vcm=(Va+Vb+Vc)電控共?；芈饭材ｋ妷?SVPWM)動(dòng)力總成中心@2021Xiaopengallrightsreservedandconfidentional動(dòng)力總成中心共模噪聲控制技術(shù)通過以下措施:n通過不引入外部地線路徑的小回路形成共模回路路徑則越能夠?qū)崿F(xiàn)共模噪聲的壓制800V電控EMC設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)@2021Xiaopengallrightsreservedandconfidentionaln800V系統(tǒng)的共模電壓更大；nSiC開關(guān)速度更快，導(dǎo)致其高頻諧波分量大,EMI更惡劣；n考慮到NVH，控制需要提高開關(guān)頻率，導(dǎo)致基波的共模電流更大；n充電功能與驅(qū)動(dòng)功能拓?fù)洳町?，?dǎo)致復(fù)用EMC濾波拓?fù)浯嬖谔魬?zhàn)；200V410V800V電控EMC設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)n高壓系統(tǒng)共模噪聲通過直流側(cè)影響直流側(cè)零部件正常工作 (如BMS、直流快充)；n高壓系統(tǒng)共模噪聲易通過交流側(cè)影響軸承壽命；n高壓系統(tǒng)共模噪聲易通過交流側(cè)泄露，影響RE超標(biāo)。軸電壓(非導(dǎo)電)被干擾信號(hào)高壓傳導(dǎo)超標(biāo)軸承損傷動(dòng)力總成中心@2021Xiaopengallrightsreservedandconfidentional800V電控EMC設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)動(dòng)力總成中心@2021Xiaopengallrightsreservedandconfidentional動(dòng)力總成中心n直流側(cè)采用合理濾波拓?fù)?，兼顧整流與逆變功能；n保證整車高壓環(huán)路接地阻抗，讓噪聲低通路回流；n交流測(cè)采用磁環(huán)濾波，有效降低共模噪聲，改善軸電壓；n先進(jìn)控制算法(零矢量脈寬調(diào)制AZSPWM等)整改后被干擾信號(hào)800V電控EMC設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)動(dòng)力總成中心@2021Xiaopengallrightsreservedandconfidentional動(dòng)力總成中心Noiselevel(dBuVNoiselevel(dBuV)n頻譜儀(手持式)n天線(接觸、環(huán)形)n示波器(各類探頭)30201000000403000.1Frquency(MHz)100.1差共模開關(guān)EMC挑戰(zhàn)解決方案動(dòng)力總成中心@2021Xiaopengallrightsreservedandconfidentional動(dòng)力總成中心黑色魔術(shù)”