CN111478577A - 一种车用电机控制器高压直流电源电磁干扰滤波器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种车用电机控制器高压直流电源电磁干扰滤波器，通过对电路元件的合理设计，形成了兼具共模滤波器与差模滤波器的结构，对电机控制器高压电源线上的共模干扰和差模干扰均能够实现有效抑制，从而克服了现有技术中所存在的EMI抑制效果难以满足实际要求的缺陷。

Description

一种车用电机控制器高压直流电源电磁干扰滤波器
技术领域
本发明涉及电磁干扰(EMI)滤波技术领域，特别是涉及一种用于新能源车辆的电机控制器高压直流电源电磁干扰滤波器。
背景技术
目前新能源车辆中所采用的电机控制器所产生的电磁干扰现象较为严重，现有的一些抑制手段如PWM控制策略优化、系统结构优化、安装EMI滤波器等方法，尚存在着比较明显的缺陷。譬如，PWM控制策略与系统结构优化方法皆仅适用于减小共模干扰，对于差模干扰则无能为力。在电机控制器直流电源输入端口安装滤波器是抑制电机控制器电源EMI有效方法，适合采用的滤波器包括有源滤波器、无源滤波器和混合滤波器等多种形式。有源滤波器和混合滤波器结构复杂，虽然滤波效果较好，但其电子控制单元和信号采集单元的特性会限值高频EMI抑制效果，对环境适用性的要求也比较严苛。无源滤波器是抑制电源EMI的最常用且便于工程实现的方法，在工业应用场合采用较多，但对于新能源车辆的车用电机来说，由于电压、频率、插入损耗等多项指标要求都有独特的指标要求，现有EMI滤波手段尚不能满足新能源汽车应用的需要。虽然在如CN210327380U等的一些现有技术中公开了用于抑制开关电源电磁干扰的滤波结构，但对于新能源车辆所对应的特定高频环境(150kHz-108MHz)来说，其适用性及可借鉴性则较低。譬如在该专利中，共差模滤波电路均采用了单级CLC结构的设计形式，为了提高低频时差模电磁干扰抑制效果，在干扰源侧增加了两个差模电容；但是其共差模滤波电路均为单级结构，在高频时效果很差，仅对10kHz-100kHz范围的低频干扰有效，并且该结构只适用于开关电源不适用于电机控制器，由此可见现有的电磁干扰滤波器还无法满足新能源车辆中的实际需求。
发明内容
有鉴于此，针对以上本领域中存在的技术问题，本发明提供了一种车用电机控制器高压直流电源电磁干扰滤波器，该滤波器包括：作为高压直流母线的正极铜条与负极铜条、第一级差模电容CX1、阻尼电阻R、第一级超微晶磁环、第二级差模电容CX2、第一级共模电容组CY1和CY2、第二级超微晶磁环、第二级共模电容组CY3和CY4以及机壳构成；
其中，由所述正极铜条、负极铜条的输入端至输出端，上述部件依次设置为：
第一级差模电容CX1的两端分别与正极铜条和负极铜条连接；阻尼电阻R的两端分别与正极铜条和负极铜条连接；第二级差模电容CX2两端分别与正极铜条和负极铜条连接；第一级共模电容CY1与CY2的一端均与机壳连接，CY1与CY2各自不相互连接的另一端分别连接正极铜条和负极铜条；第二级共模电容CY3与CY4的一端均与机壳连接，CY3与CY4各自不相互连接的另一端分别连接正极铜条和负极铜条；
第一级超微晶磁环套设于正极铜条与负极铜条上，在阻尼电阻R与第二级差模电容CX2之间形成电感L1；第二级超微晶磁环套设于正极铜条与负极铜条上，在第一级共模电容CY1、CY2与第二级共模电容CY3与CY4之间形成电感L2。
本发明所提供的滤波器在使用时，将电机控制器的正负母线端子与正极铜条、负极铜条的输入端连接，并且将直流供电电源的正负电缆端子与正极铜条、负极铜条的输出端连接，即可实现有效的EMI屏蔽作用。
进一步地，上述滤波器中的多个部件，分别构成了共模滤波器与差模滤波器。其中，共模滤波器由正极铜条、负极铜条、电感L1、第一级共模电容CY1与CY2、电感L2、第二级共模电容CY3与CY4，以及机壳组成；差模滤波器由正极铜条、负极铜条、第一级差模电容CX1、阻尼电阻R、电感L1的漏感L3、第二级差模电容CX2、电感L2的漏感L4，以及机壳组成。
进一步地，所述正极铜条与负极铜条的外表面均设置于绝缘膜，并通过螺丝固定于绝缘支座上，设置于所述机壳内。
进一步地，所述滤波器适用的输入直流电压范围在200V～900V之间，输入直流电流不小于300A。
上述本发明所提供的车用电机控制器高压直流电源电磁干扰滤波器中，通过对电路元件的合理设计，形成了兼具共模滤波器与差模滤波器的结构，对电机控制器高压电源线上的共模干扰和差模干扰均能够实现有效抑制，从而克服了现有技术中所存在的EMI抑制效果难以满足实际要求的缺陷。
附图说明
图1为本发明所提供的滤波器电路拓扑结构图；
图2为本发明所提供的滤波器立体结构图；
图3为本发明所提供滤波器中的共模干扰抑制等效电路；
图4为本发明所提供滤波器中的差模干扰抑制等效电路；
图5为本发明一实例中的滤波器共模插入损耗仿真结果；
图6为本发明一实例中的滤波器差模插入损耗仿真结果。
图中：1、第一级超微晶磁环，2、负极铜条，3、正极铜条，4、第二级超微晶磁环，5、电磁防护连接器，6、绝缘支座，7、第二级共模电容Cy4,8、第二级共模电容Cy3，9、第一级共模电容Cy2，10、第二级差模电容CX2，11、第一级共模电容Cy1，12、阻尼电阻RX1，13、第一级差模电容CX1。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明所提供的一种车用电机控制器高压直流电源电磁干扰滤波器，如图1和2所示，该滤波器包括：作为高压直流母线的正极铜条与负极铜条、第一级差模电容CX1、阻尼电阻R、第一级超微晶磁环、第二级差模电容CX2、第一级共模电容组CY1和CY2、第二级超微晶磁环、第二级共模电容组CY3和CY4以及机壳构成；
其中，由所述正极铜条、负极铜条的输入端至输出端，上述部件依次设置为：
第一级差模电容CX1的两端分别与正极铜条和负极铜条连接；阻尼电阻R的两端分别与正极铜条和负极铜条连接；第二级差模电容CX2两端分别与正极铜条和负极铜条连接；第一级共模电容CY1与CY2的一端均与机壳连接，CY1与CY2各自不相互连接的另一端分别连接正极铜条和负极铜条；第二级共模电容CY3与CY4的一端均与机壳连接，CY3与CY4各自不相互连接的另一端分别连接正极铜条和负极铜条；
第一级超微晶磁环套设于正极铜条与负极铜条上，在阻尼电阻R与第二级差模电容CX2之间形成电感L1；第二级超微晶磁环套设于正极铜条与负极铜条上，在第一级共模电容CY1、CY2与第二级共模电容CY3与CY4之间形成电感L2。
滤波器具有共模滤波器与差模滤波器，其中，共模滤波器由正极铜条、负极铜条、电感L1、第一级共模电容CY1与CY2、电感L2、第二级共模电容CY3与CY4，以及机壳组成；差模滤波器由正极铜条、负极铜条、第一级差模电容CX1、阻尼电阻R、电感L1的漏感L3、第二级差模电容CX2、电感L2的漏感L4，以及机壳组成。其对共模干扰及差模干扰的电磁干扰抑制如图3和4所示，在共模干扰源UCM的作用下，产生共模干扰电流，如图3所示的共模干扰抑制电路可以抑制共模干扰电流。第一路共模干扰电流ICM1通过第一级超微晶磁环L1衰减，之后分为两路，第一路ICM2通过CY1流入机壳，第二路共模干扰电流ICM3通过第二级超微晶磁环L2衰减，之后ICM4通过电容CY3流入机壳，滤波后的电流ICM5通过50欧姆负载电阻流入机壳；第二路共模干扰电流ICM6通过第一级超微晶磁环L1衰减，之后分为两路，第一路ICM7通过CY2流入机壳，第二路共模干扰电流ICM8通过第二级超微晶磁环L2衰减，之后ICM9通过共模滤波电容CY4流入机壳，滤波后的电流ICM10通过50欧姆负载电阻流入机壳。
在差模干扰源UDM的作用下，产生差模干扰电流，如图4所示的差模干扰抑制电路可以抑制差模干扰电流。第一路差模干扰电流IDM1通过电容CX1之后流入负极；第二路差模干扰电流IDM2通过超微晶磁环L1的漏感L3衰减之后再分两路，第一路IDM3通过电容CX2之后流入负极，第二路差模干扰电流IDM4通过超微晶磁环L2的漏感L4衰减，之后通过100欧姆负载电阻，之后流入电源负极。
在本发明的一优选实施例中，根据插入损耗60dB的设计需求，共模滤波电路为两极LC结构，电感L1、L2均选择用两个超微晶磁环组成，其感量为在10kHz时测量值为90uH，两级Y电容CY1-CY4均选择0.28uF的安规电容；差模滤波电路选择使用差模电容CX1和CX2分别与超微晶磁环L1、L2的漏感共同构成两级CL电路，两个X电容容值均为10uF，超微晶漏感约为其电感量的2％，1.8uH。电容的电压等级大于600V；铜条尺寸271mm*25mm*5mm，可以承载300A电流；机壳采用镀锡铝板，厚度为2mm；机壳上有2个输入和2个输出线缆电磁防护连接器。
根据上述滤波器设计参数，在ADS软件里建立的等效电路模型，仿真获得了电源EMI滤波器的差模插入损耗和共模插入损耗。共模插入损耗仿真结果如图5所示，在150kHz频率处插损为60.8dB，整体在150kHz-108MHz频段能够实现大于60dB的插损要求。差模插入损耗仿真结果如图6所示，在150kHz频率处插损为72.3dB,整体在150kHz-108MHz频段能够实现大于60dB的插损要求。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种车用电机控制器高压直流电源电磁干扰滤波器，其特征在于：该滤波器包括：作为高压直流母线的正极铜条与负极铜条、第一级差模电容CX1、阻尼电阻R、第一级超微晶磁环、第二级差模电容CX2、第一级共模电容组CY1和CY2、第二级超微晶磁环、第二级共模电容组CY3和CY4以及机壳构成；
其中，由所述正极铜条、负极铜条的输入端至输出端，上述部件依次设置为：
第一级差模电容CX1的两端分别与正极铜条和负极铜条连接；阻尼电阻R的两端分别与正极铜条和负极铜条连接；第二级差模电容CX2两端分别与正极铜条和负极铜条连接；第一级共模电容CY1与CY2的一端均与机壳连接，CY1与CY2各自不相互连接的另一端分别连接正极铜条和负极铜条；第二级共模电容CY3与CY4的一端均与机壳连接，CY3与CY4各自不相互连接的另一端分别连接正极铜条和负极铜条；
第一级超微晶磁环套设于正极铜条与负极铜条上，在阻尼电阻R与第二级差模电容CX2之间形成电感L1；第二级超微晶磁环套设于正极铜条与负极铜条上，在第一级共模电容CY1、CY2与第二级共模电容CY3与CY4之间形成电感L2。
2.如权利要求1所述的滤波器，其特征在于：滤波器中的多个部件分别构成了共模滤波器与差模滤波器，其中，共模滤波器由正极铜条、负极铜条、电感L1、第一级共模电容CY1与CY2、电感L2、第二级共模电容CY3与CY4，以及机壳组成；差模滤波器由正极铜条、负极铜条、第一级差模电容CX1、阻尼电阻R、电感L1的漏感L3、第二级差模电容CX2、电感L2的漏感L4，以及机壳组成。
3.如权利要求1所述的滤波器，其特征在于：所述正极铜条与负极铜条的外表面均设置于绝缘膜，并通过螺丝固定于绝缘支座上，设置于所述机壳内。
4.如权利要求1所述的滤波器，其特征在于：所述滤波器适用的输入直流电压范围在200V～900V之间，输入直流电流不小于300A。
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