CN112061047B - 一种电动汽车多源电磁干扰分级抑制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电动汽车多源电磁干扰分级抑制方法，包括电动汽车主要电磁干扰源的分级、电磁干扰分级抑制。本发明针对电动汽车主要电磁干扰源，进行了分级，分为器件层，模块层，系统层。针对整车的电磁干扰，设计了分级抑制方法，包括器件层一级抑制：器件‑线抑制方法；模块层二级抑制：多级滤波器抑制方法；系统层三级抑制：混合接地优化抑制方法。本发明能够有效解决电动汽车的多源电磁干扰问题，并针对性设计分级抑制方法，保证电动汽车正常、稳定工作。

Description

一种电动汽车多源电磁干扰分级抑制方法
技术领域
本发明属于电动汽车的电磁干扰(EMI)抑制技术领域，更为具体地讲，涉及一种电动汽车多源电磁干扰分级抑制方法。
背景技术
电动汽车相较于传动汽车具有高效、绿色、节能等优点，近年来得到了广泛的关注和应用。但是由于电动汽车采用了很多高电压大功率部件以及监控、显示和控制等各种电子设备，这使得电动汽车很容易产生电磁干扰。此外，随着电动汽车内部电磁结构复杂程度的提高以及电磁兼容标准的提升，电动汽车EMI抑制的问题更加突出，成为了研究的热点并具有现实意义。文献[“A new carrier-based PWM providing common-mode-currentreduction and DC-bus balancing for three-level inverters”(A.Videt,P.LeMoigne,N.Idir,P.Baudesson,and X,IEEE Trans.Ind.Electron,vol.54,no.6,pp.3001–3011,Dec.2007)]研究了脉宽调制(PWM)策略消除共模电流的干扰。然而，该方法的效率取决于电流换向的性质和死区时间，效率不高。文献[“A near state PWM method withreduced switching frequency and reduced common mode voltage for three-phasevoltage source inverters”(E.Un and A.Hava,Proc.IEEE IEMDC,May 2007,pp.235–240.)]研究了低开关频率的近态PWM方法，但使用了较长线缆，增加了相间电压的阶跃变化。目前的EMI抑制方法主要是针对于单个干扰源进行抑制，而多源干扰的抑制方法还较为少见，本发明对电动汽车主要电磁干扰源进行三层分级，并设计了多级抑制算法。
发明内容
本发明要解决的问题是针对电动汽车多源电磁干扰，将电磁干扰源分层，提供一种分级抑制方法。
本发明解决所述问题采用的算法是，针对电动汽车主要电磁干扰源的特点，进行了三层分级，分为器件层，模块层，系统层。针对所分级的三层电磁干扰源，设计分级抑制方法，一级抑制：器件-线抑制方法；二级抑制：多级滤波器抑制方法；三级抑制：系统级接地抑制方法。本本发明能够有效解决电动汽车的多源电磁干扰问题，保证电动汽车正常、稳定工作。
电动汽车多源电磁干扰分级，器件层主要包括电子元器件，尤其是电阻、电容和电感会对EMC产生巨大影响。
电动汽车多源电磁干扰分级，模块层主要包括电源变换模块、电池模块，驱动模块、电机模块、汽车辅助模块、汽车控制模块等，在电动汽车的运行过程中，加之高电压、大功率模块的电磁干扰持续耦合和叠加，电磁干扰噪声信号具有很宽的频率范围，且强度较强。
电动汽车多源电磁干扰分级，系统层为整车系统，包括发动机、底盘、车身、电气设备系统，其内部结构复杂，涉及到电动汽车运行的各个部位，电磁干扰问题极突出，严重影响电动汽车的正常稳定工作。
电磁干扰分级抑制，一级抑制：器件-线抑制方法。定义F为最高EMI频率，Tr为器件的信号上升时间，
Figure BDA0002669454210000021
因此，在保证电路性能要求的前提下，应尽量使用低速芯片，并采用合适的驱动/接收电路。此外，进行合理布局布线，并对信号进行分类，依据不同信号的EMI强度及敏感程度，分离干扰源与敏感源，减小耦合，从而降低EMI的影响。
电磁干扰分级抑制，二级抑制：多级滤波器抑制方法。一般情况下单级滤波器只是工作在共模模式或者差模模式，但是，电磁干扰十分严重时，单级滤波器难以满足要求。所以，设计多级滤波器，改善滤波器的滤波效果。
电磁干扰分级抑制，三级抑制：系统级接地抑制方法。通过良好的接地设计有效且廉价地实现EMI抑制，并从整车系统的角度考虑，车身、底盘、电气设备及发动机的金属表面作为“地”。
本发明的目的是这样实现的。
本发明电动汽车多源电磁干扰分级抑制方法，包括电动汽车主要电磁干扰源的分级、电磁干扰分级抑制。本发明针对电动汽车主要电磁干扰源，进行了分级，分为器件层，模块层，系统层。针对整车的电磁干扰，设计了分级抑制方法，包括器件层一级抑制：器件-线抑制方法；模块层二级抑制：多级滤波器抑制方法；系统层三级抑制：混合接地优化抑制方法。本发明能够有效解决电动汽车的多源电磁干扰问题，并针对性设计分级抑制方法，保证电动汽车正常、稳定工作。
附图说明
图1是本发明电动汽车多源电磁干扰分级抑制方法一种具体实施方式的流程图；
图2是本发明中多级滤波器一种具体实施方式结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。
如图1所示，本发明涉及电动汽车多源电磁干扰的分级和电磁干扰分级抑制。根据电动汽车主要电磁干扰源的特征，分为器件层：电子元器件等；模块层：电源变换模块、电池模块，驱动模块、电机模块、汽车辅助模块、汽车控制模块等；系统层：发动机、底盘、车身、电气设备系统等。
针对器件层，设计一级抑制：器件-线抑制方法。EMI的辐射强度与频率的平方成正比，最高EMI频率
Figure BDA0002669454210000031
所以，保证性能标准的前提下，选择低速芯片、表贴式无铅封装电阻、铁氧体磁珠电感。此外，进行合理布局布线，并将信号分类，按照不同信号(模拟信号、时钟信号、I/O信号等)的电磁干扰强度和敏感程度，进行分离，减小耦合，从而降低EMI的影响。
针对模块层，设计二级抑制：多级滤波器抑制方法。如图2所示，多级滤波器包括前向分解组合后向综合组，其中，wi、di和εi分别表示第i级滤波器的权系数、期望信号和滤波误差；干扰信号Xi逐级分解，hi表示第i级匹配的滤波器，Bi为第i级阻塞矩阵，且满足Bihi＝0。
针对电机驱动系统层，设计三级抑制：系统级接地抑制方法。从整车系统的角度考虑，车身、底盘、电气设备及发动机的金属表面作为“地”。车身、底盘的金属面积较大，与其他金属设备间会形成大电容，将其作为电流回路，有不错的去耦合效果；电气设备及发动机的金属表面作为信号回路，减弱辐射与传导干扰。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (1)

1.一种电动汽车多源电磁干扰分级抑制方法，包括电动汽车主要电磁干扰源的分级、电磁干扰分级抑制，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1.根据电动汽车电磁干扰源的特征，对主要电磁干扰源进行分级，分为器件层，模块层，系统层；
步骤2.使用器件-线抑制方法对器件层进行一级抑制；
步骤3.采用多级滤波器抑制方法对模块层进行二级抑制；
步骤4.利用混合接地优化抑制方法对系统层进行三级抑制；
器件层包括电子元器件；模块层包括电源变换模块、电池模块，驱动模块、电机模块、汽车辅助模块、汽车控制模块；系统层为整车系统，包括发动机、底盘、车身、电气设备系统，其内部结构复杂，涉及到电动汽车运行的各个部位，电磁干扰问题极突出，严重影响电动汽车的正常稳定工作；
针对电磁干扰源的三层分级，设计分级抑制方法，一级抑制：器件-线抑制方法；二级抑制：多级滤波器抑制方法；三级抑制：系统级接地抑制方法；
器件层一级抑制,定义F为最高EMI频率，Tr为器件的信号上升时间，F＝1/πTr,考虑选用器件 的速率，在器件选型上，在保证电路性能要求的前提下，选择低速芯片、表贴式无铅封装电阻、铁氧体磁珠电感； 进行布局布线，并对信号进行分类，依据不同信号的EMI强度及敏感程度，分离干扰源与敏感源，减小耦合，从而降低EMI的影响；模块层二级抑制：多级滤波器抑制方法，设计多级滤波器，改善滤波器的滤波效果，多级滤波器包括前向分解组和后向综合组，其中，wi、di和εi分别表示第i级滤波器的权系数、期望信号和滤波误差；干扰信号Xi逐级分解，hi表示第i级匹配的滤波器，Bi为第i级阻塞矩阵，且满足Bihi＝0；系统层三级抑制：系统级接地抑制方法，从整车系统的角度考虑，将车身、底盘、电气设备及发动机的金属表面作为“地”；电气设备及发动机的金属表面作为信号回路，减弱辐射与传导干扰。
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