用于電動(dòng)汽車(chē)的創(chuàng )新濾波器解決方案

　　隨著(zhù)汽車(chē)配備的電子系統越來(lái)越多，對EMC的要求也隨之增加。對于電動(dòng)汽車(chē)而言（xEV），由于電機逆變器額外增加了電力電子設備，其對EMC的要求更甚。TDK集團的新型濾波器解決方案的面市，為解決相關(guān)EMC問(wèn)題提供外形雅致，重量輕便的解決方案。

　　無(wú)論是混合動(dòng)力還是純電動(dòng)汽車(chē)，這些車(chē)型（xEV）裝載了各種電子設備。而裝載在電動(dòng)車(chē)上的電子設備，無(wú)論是在質(zhì)量還是技術(shù)的要求方面都遠超應用于內燃機車(chē)輛的電子設備。為了滿(mǎn)足安全性、舒適度和通信要求，電動(dòng)車(chē)上的電子系統的復雜度不斷增加，除此之外，電動(dòng)驅動(dòng)系統（包括高壓電池、逆變器和至少一個(gè)電機）同樣需要使用電子系統。

　　因此，開(kāi)發(fā)這種車(chē)輛時(shí)首先要確保單個(gè)系統能夠完美安裝在狹小空間中，并且不會(huì )引起彼此干擾，也不會(huì )干擾影響車(chē)外系統。這些EMC要求必須嚴格符合CISPR25或EUDirectiveECE-R10等國際標準。

　　屏蔽電纜引起的EMC問(wèn)題為有效控制電機所需的功率和速度，逆變器采用的是脈寬調制（PWM）的工作模式。而脈沖上升沿或下降沿會(huì )在逆變器的輸入和輸出側引起顯著(zhù)的EMC問(wèn)題，如引發(fā)輻射發(fā)射和傳導發(fā)射等問(wèn)題。為了盡可能降低這些EMC問(wèn)題產(chǎn)生的影響，絕大多數設計采用對整個(gè)系統進(jìn)行完全電磁密封或屏蔽的理念進(jìn)行開(kāi)發(fā)。

　　為了節省空間并改善重量分布，各種驅動(dòng)元件被分開(kāi)安裝在整個(gè)車(chē)內。比如電池通常放于車(chē)尾，逆變器則放置在車(chē)頭。電機安裝在輪軸上，對于輪轂電機則直接安裝在車(chē)輪上。因此，將逆變器連接至電池，需要一根長(cháng)的屏蔽電纜。然而，這樣帶來(lái)了極大的潛在風(fēng)險，主要有三方面原因：1、很容易產(chǎn)生高屏蔽電流，從而引發(fā)高頻區強輻射性；2、引發(fā)大幅度的電壓尖峰，甚至可能損壞逆變器或電池；3、可能會(huì )通過(guò)耦合，從而干擾車(chē)輛的低壓系統。

　　屏蔽電纜、屏蔽電池和逆變器之間的電氣和機械連接還可能產(chǎn)生更多的問(wèn)題。因此，該連接的阻抗必須極低，從而確保屏蔽的有效性。但是車(chē)輛內在振動(dòng)和沖擊會(huì )逐漸削弱屏蔽連接，從而引起阻抗的長(cháng)期遞增。此外由氧化甚至腐蝕引起的老化過(guò)程也不容忽視。圖1顯示了測量電力電子設備電磁發(fā)放射性的設置要求（符合 CISPR25）。

　　圖1：根據CISPR25設置測量

　　系統（電池和逆變器之間用屏蔽電纜連接）的輻射發(fā)射和傳導發(fā)射性能如圖2所示。

　　圖2：帶有屏蔽線(xiàn)的發(fā)射性能

　　盡管在電池和逆變器之間使用屏蔽電纜可降低輻射發(fā)射（上），但并不降低傳導發(fā)射（下）。

　　使用新型濾波器可明顯改善EMC

　　為了滿(mǎn)足市場(chǎng)上日益嚴格的EMC要求，TDK集團專(zhuān)門(mén)針對電動(dòng)汽車(chē)的驅動(dòng)系統應用，開(kāi)發(fā)了愛(ài)普科斯（EPCOS）P100316*系列2線(xiàn)式高壓直流濾波器。該系列專(zhuān)為600VDC高壓應用而設計，適合高壓電池提供的典型電壓，其電流能力約為150ADC或350ADC，即便驅動(dòng)系統的額定功率超過(guò) 100kW，濾波器依然能有效。該系列濾波器具有多種型號可供選擇，且所有型號的直流電阻僅為0.05m?，這意味著(zhù)即便在高電流情況下也不會(huì )有顯著(zhù)的損耗。

　　如圖3所示，根據測試設置要求可確認該新型濾波器的卓越濾波性能。

　　圖3：使用愛(ài)普科斯（EPCOS）高壓直流濾波器后的系統發(fā)射特性

　　很顯然：在電池和逆變器之間使用新型愛(ài)普科斯（EPCOS）EMC濾波器，即使使用非屏蔽電纜，也能顯著(zhù)降低傳導干擾。

　　可以看出，如果使用新型濾波器，即使使用非屏蔽電纜，傳導干擾也可顯著(zhù)降低達70dB（或功率因數為3000），并且還能可觀(guān)地減少個(gè)別系統中傳統EMC元件的數量。

　　除了卓越的電氣性能，該濾波器具備外形緊湊，重量輕便等特性，非常適合車(chē)輛應用，因而倍受客戶(hù)青睞。產(chǎn)品的尺寸介于121mmx52mmx52mm和186mmx65mmx65mm之間，具體是型號而定。

　　該新型系列包括12種型號，不僅具有2種不同的電流能力（150ADC和350ADC），還具有不同的濾波特性。也就是說(shuō)，客戶(hù)可以更有針對性的獲得解決自身EMC問(wèn)題的方案，挑選適合應用要求的濾波器型號。此外，我們除了提供常規性能的型號外，還提供在長(cháng)波頻譜150kHz和300kHz之間具有超強濾波性能的其他型號。

　　延長(cháng)電機壽命

　　高頻屏蔽電流只代表了確保電磁兼容這一挑戰的一部分。比如，在逆變器的輸出端，脈沖上升沿會(huì )引起電壓尖峰，后者會(huì )隨著(zhù)電纜電感值的增加而增加。一旦環(huán)境條件不利，這些電壓尖峰可能引起電弧，進(jìn)而損壞電機繞組。與此同時(shí)，漏地電流也會(huì )隨之產(chǎn)生，這些電流流過(guò)電機軸承，從而引起尖峰。反過(guò)來(lái)又會(huì )損壞軸承滾珠或滾子，使其過(guò)早失效。

　　一個(gè)補救辦法是使用鐵氧體環(huán)形磁芯，使電機電纜穿過(guò)這些磁芯。這樣可顯著(zhù)降低共模干擾和漏地電流，確保其不超過(guò)臨界值。在此，TDK集團也提供了多種解決方案，如具有不同幾何形狀的環(huán)形磁芯和不同材料的鐵氧體，且這些產(chǎn)品可針對特定頻率區域進(jìn)行優(yōu)化，根據每個(gè)驅動(dòng)系統量身定制。

　　表：愛(ài)普科斯（EPCOS）2線(xiàn)式HVDC濾波器的技術(shù)數據