電動(dòng)汽車(chē)電磁干擾的分析與抑制

摘 要：近年來(lái)，電動(dòng)汽車(chē)的開(kāi)發(fā)已成為未來(lái)汽車(chē)的主要發(fā)展方向。與傳統(tǒng)燃料汽車(chē)相比，電動(dòng)汽車(chē)雖然更加環(huán)保，但是因?yàn)樵谄?chē)內(nèi)增加了很多的電力電子零件，在提高電能利用效率的同時(shí)使得電磁兼容（EMC）問(wèn)題越發(fā)的明顯，與之相關(guān)的電磁干擾（EMI）也越來(lái)越嚴(yán)重。針對(duì)上述問(wèn)題，本文將重點(diǎn)研究電動(dòng)汽車(chē)系統(tǒng)所產(chǎn)生的電磁干擾，對(duì)其的產(chǎn)生原因與抑制方法作出分析。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車(chē) 電磁干擾 干擾抑制

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 電磁干擾和電磁兼容

1.1 電磁干擾

電磁干擾從發(fā)現(xiàn)到至今已經(jīng)經(jīng)歷了非常長(zhǎng)一段發(fā)展時(shí)間，但直到現(xiàn)在也沒(méi)有人能完全保證能夠消除電磁干擾。而汽車(chē)上越來(lái)越多的電子系統(tǒng)使電磁干擾也越來(lái)越嚴(yán)重，電磁干擾的發(fā)生，會(huì)引起受到電磁干擾的電子系統(tǒng)性能下降，甚至可能出現(xiàn)電子系統(tǒng)功能失靈等問(wèn)題，這對(duì)汽車(chē)的安全行駛有重大的隱患[1]。

1.2 電磁兼容

電磁兼容性即電氣元器件即便是在出現(xiàn)電磁干擾的情況下也能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)的抗電磁干擾能力[2]。電磁兼容性包括電磁干擾和電磁敏感性。電磁干擾就是系統(tǒng)在正常工作的時(shí)候，在運(yùn)行相關(guān)電子設(shè)備的時(shí)候有對(duì)影響系統(tǒng)正常工作的電磁噪聲產(chǎn)生。電磁敏感性是指系統(tǒng)在正常工作的時(shí)候，受到周邊的電磁影響后仍然能執(zhí)行相關(guān)功能的能力。

1.3 電磁干擾的傳輸途徑

電磁干擾的傳輸耦合路徑僅僅分布在敏感設(shè)備以及干擾源兩者之間。其中，傳導(dǎo)電磁干擾更多是依靠導(dǎo)體的作用來(lái)實(shí)現(xiàn)直接的傳輸，而輻射電磁干擾則需要經(jīng)由空間作用來(lái)實(shí)現(xiàn)傳輸。

1.4 電磁敏感性

電磁敏感性即電磁干擾的受抗體，電氣系統(tǒng)內(nèi)的干擾源能夠?qū)⒊霈F(xiàn)的電磁干擾信號(hào)經(jīng)過(guò)耦合路徑傳遞到敏感設(shè)備。在這種情況下，電磁干擾是否產(chǎn)生和電磁干擾的嚴(yán)重程度完全取決于設(shè)備自身的抗干擾能力。電子設(shè)備或者系統(tǒng)對(duì)抗外來(lái)電磁干擾影響的能力被視為電磁敏感性。

2 電動(dòng)汽車(chē)電磁干擾現(xiàn)象的防護(hù)措施分析

電動(dòng)汽車(chē)主要以蓄電池供電，但在汽車(chē)提速時(shí)，因?yàn)樗矔r(shí)電流快速增大，使得瞬時(shí)電壓值變得很小，會(huì)影響汽車(chē)的動(dòng)力性能，而汽車(chē)內(nèi)的逆變器可以提高蓄電池的供電能力，使電壓回升到正常的水平，可以有效的提高新能源汽車(chē)的加速功能，使汽車(chē)的動(dòng)力性能得到改善。但是逆變器在正常運(yùn)行時(shí)因?yàn)殚_(kāi)關(guān)管的高速開(kāi)關(guān)動(dòng)作，會(huì)有比較大的電壓、電流變化率，產(chǎn)生嚴(yán)重的電磁干擾，對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)電磁干擾的抑制來(lái)看，在設(shè)計(jì)初期能采用的抑制措施相對(duì)比較多，后期能采用的抑制辦法也許會(huì)受到很多條件的限制。另外若在新能源汽車(chē)設(shè)計(jì)初階段就考慮車(chē)內(nèi)電子設(shè)備之間的電磁兼容問(wèn)題，成本也會(huì)更低。

不管電氣設(shè)備或汽車(chē)系統(tǒng)有多復(fù)雜，電磁干擾的產(chǎn)生包括三個(gè)基本要素：干擾源、傳輸路線和敏感設(shè)備。換言之，這三大基本要素是形成電磁干擾的必要組成部分，缺少任何一項(xiàng)的情況下都無(wú)法出現(xiàn)電磁干擾現(xiàn)象。為了抑制電磁干擾，人們想盡辦法將三要素中的一個(gè)因素去除掉，實(shí)際操作期間，只需要對(duì)其一個(gè)進(jìn)行抑制作用，面臨的電磁干擾問(wèn)題就可以有效地解決。目前對(duì)傳導(dǎo)電磁干擾的抑制國(guó)內(nèi)外都做了大量的分析研究，主要的抑制辦法有兩種[4]，一種是從干擾源出發(fā)，屏蔽和限制其發(fā)射強(qiáng)度;另一種就是由傳播路徑的研究著手，對(duì)傳導(dǎo)EMI的傳播路徑進(jìn)行阻斷。

2.1 屏蔽干擾源

汽車(chē)電器設(shè)計(jì)工作至關(guān)重要，對(duì)于汽車(chē)電子控制器電路板來(lái)說(shuō)，它是整個(gè)汽車(chē)運(yùn)行的關(guān)鍵，也是影響整個(gè)汽車(chē)運(yùn)行的關(guān)鍵部件。其中電器由于瞬間高壓所產(chǎn)生的磁場(chǎng)，為抑制其干擾或者是屏蔽干擾源，可以通過(guò)添加導(dǎo)線金屬網(wǎng)、金屬遮蓋或者是金屬罩等措施來(lái)抑制電磁干擾的產(chǎn)生。

2.2 加裝無(wú)源EMI濾波器

在汽車(chē)系統(tǒng)中添加濾波器主要是為了阻斷EMI的傳播路徑，從而達(dá)到抑制傳導(dǎo)EMI的目的。但若是只將濾波器加入其中，則很大程度上會(huì)由于負(fù)載端以及直源端兩者阻抗方面的不匹配性，而帶來(lái)更加嚴(yán)重的反射損耗影響;還有可能就是濾波器的參數(shù)以及結(jié)構(gòu)都是固定的存在，實(shí)際運(yùn)行期間就會(huì)被持續(xù)變化的運(yùn)行環(huán)境所影響而出抑制效果減弱，以及寄生參數(shù)對(duì)電路的影響等問(wèn)題。所以加裝一種無(wú)源EMI濾波器，從根本上避免了上述傳統(tǒng)濾波器帶來(lái)的弊端，也對(duì)傳導(dǎo)電磁干擾有很好的抑制作用。如圖2.1是EMI濾波器的工作原理圖，能夠明確若是存在電磁干擾信號(hào)，則監(jiān)測(cè)點(diǎn)就將針對(duì)信號(hào)完成檢測(cè)處理，并且在補(bǔ)償點(diǎn)位置對(duì)于檢測(cè)信號(hào)完成等量反向疊加電壓補(bǔ)償，以此來(lái)抑制電磁干擾的產(chǎn)生及傳輸。

3 電動(dòng)汽車(chē)電磁干擾現(xiàn)象的抑制

本文選擇的一種無(wú)源濾波器，其原理是檢測(cè)電路內(nèi)的共模干擾電壓，實(shí)施反向疊加電壓補(bǔ)償，達(dá)到抑制干擾信號(hào)的目的，圖2呈現(xiàn)出來(lái)的是EMI濾波器結(jié)構(gòu)。

為深入分析無(wú)源EMI濾波器對(duì)于電磁干擾具有的抑制效果，經(jīng)MATLAB接入濾波結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)仿真分析，經(jīng)由對(duì)結(jié)果的對(duì)比，進(jìn)一步證實(shí)無(wú)源濾波器抑制效果的有效性和正確性。

在仿真時(shí)要保證接入濾波結(jié)構(gòu)電路時(shí)共模干擾仿真模型和參數(shù)與濾波器未接入之前的模型、參數(shù)一致。圖3就是直流端的共模干擾電流波形圖。與抑制前的圖4相比，可見(jiàn)，干擾電流的幅值相對(duì)于抑制前整體都有了大幅度的降低，進(jìn)而大幅度減弱電磁干擾對(duì)于新能源汽車(chē)的電磁環(huán)境方面的影響。

在MATLAB軟件內(nèi)，將圖進(jìn)行傅里葉變換獲得圖6抑制后的共模干擾電流頻譜圖。與抑制前圖5相比，得到表1抑制前后直流端的共模干擾電流頻譜對(duì)比表，可見(jiàn)，引入濾波結(jié)構(gòu)后，Z源逆變器電磁干擾大幅度下降，抑制作用比較明顯。

通過(guò)分析對(duì)比EMI濾波器抑制前后的效果可以看出，抑制后干擾頻的幅值會(huì)比較小，所以明確了本文設(shè)計(jì)得到的濾波器相較傳統(tǒng)濾波器呈現(xiàn)出來(lái)的抑制作用更加突出。

4 結(jié)語(yǔ)

本文分析了Z源逆變器傳導(dǎo)電磁干擾的抑制方法，設(shè)計(jì)了一種無(wú)源濾波器通過(guò)阻斷電磁干擾的傳播途徑來(lái)有效對(duì)電磁干擾進(jìn)行抑制，經(jīng)過(guò)MATLAB分析，明確該方法的有效性與正確性。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介

毛曉娟：（1986.04—），女，滿族，甘肅臨夏人，講師，本科。研究方向：電氣工程及其自動(dòng)化。