CN209345009U - 一种高电磁兼容性能的辅助电机控制装置及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于汽车电子技术领域，公开了一种高电磁兼容性能的辅助电机控制装置及系统，包括第一共模滤波模块、差模滤波模块、直流交流转换模块以及第二共模滤波模块。第一共模滤波模块对输入直流电源进行共模噪声抑制以生成第一直流电源，差模滤波模块对第一直流电源进行差模噪声抑制以生成第二直流电源；通过直流交流转换模块将第二直流电源转换为三相的输出交流电源，利用第二共模滤波模块对输出交流电源进行进一步的共模噪声抑制以生成交流驱动电源驱动电机正常工作，通过多层级的共模滤波和差模滤波，全面、深度的对高压电源进行滤波处理，有效提高辅助电机控制器的电磁兼容性能，提高辅助电机控制器以及电动汽车运行的稳定可靠性。

Description

一种高电磁兼容性能的辅助电机控制装置及系统

技术领域

本实用新型属于汽车电子技术领域，尤其涉及一种高电磁兼容性能的辅助电机控制装置及系统。

背景技术

电磁兼容性EMC(Electro Magnetic Compatibility)，是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。因此，EMC包括两个方面的要求：一方面是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值；另一方面是指器具对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度，即电磁敏感性。

目前，随着全球污染的加剧，能源危机的凸显，以及国际油价的上涨，新能源汽车由于能够缓解环境压力以及降低使用成本，得到了大力发展、推广以及使用。而辅助的电机控制器常用于新能源电动汽车的气泵以及油泵电机的控制。

而传统的辅助电机控制器，一方面由于成本的原因，另一方面由于EMC 标准没有统一，因此很少考虑到对辅助电机控制器做EMC优化设计，这样带来的后果是EMC辐射会导致控制器局域网络CAN(Controller Area Network)通讯故障，会导致误报故障，同时也会干扰到车内其他部件的正常工作。再者，传统的技术主要是通过对电机控制器采用EMI滤波器，达到改善电磁密封效果的目的；或者通过增加金属屏蔽罩，达到与外界的电气隔离，阻止噪声向外辐射，实现EMC功能。

另外，近几年我国也相应出台电动汽车整车EMC测试标准(GB14023、 GB/T 18387)以及零部件EMC测试标准(传导、辐射、静电、EFT等)，为了保证辅助电机控制器的可靠性，电动汽车整车厂都要求供应商的电机控制器满足国家标准并且出具第三方测试报告。因此，针对于电机控制器行业的现状，高EMC性能的辅助电机控制器的设计与优化势在必行。

因此，传统的技术方案中存在缺乏对辅助电机控制器做EMC优化设计导致辅助电机控制器存在较大的电磁干扰的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例提供了一种高电磁兼容性能的辅助电机控制装置及系统，旨在解决传统的技术方案中存在的缺乏对辅助电机控制器做EMC 优化设计导致辅助电机控制器存在较大的电磁干扰的问题。

本实用新型实施例的第一方面提供了一种高电磁兼容性能的辅助电机控制装置，包括：

用于对输入直流电源进行共模噪声抑制以生成第一直流电源的第一共模滤波模块。

与所述第一共模滤波模块连接，用于对所述第一直流电源进行差模噪声抑制以生成第二直流电源的差模滤波模块。

与所述差模滤波模块连接，用于对所述第二直流电源进行转换以生成输出交流电源的直流交流转换模块。

与所述直流交流转换模块连接，用于对所述输出交流电源进行高频共模噪声抑制以生成交流驱动电源的第二共模滤波模块。

可选的，所述第一共模滤波模块包括：第一电容、第二电容、第一电感、第三电容以及第四电容。

所述第一电容的第一端为所述第一共模滤波模块的第一输入端，所述第一电容的第二端和所述第二电容的第一端与电源地连接。

所述第二电容的第二端为所述第一共模滤波模块的第二输入端。

所述第一电感的第一线圈的第一端和所述第一电容的第一端连接，所述第一电感的第一线圈的第二端与所述第三电容的第一端连接。

所述第一电感的第二线圈的第一端与所述第二电容的第二端连接，所述第一电感的第二线圈的第二端与所述第四电容的第二端连接。

所述第三电容的第一端为所述第一共模滤波模块的第一输出端，所述第三电容的第二端和所述第四电容的第一端与电源地连接。

所述第四电容的第二端为所述第一共模滤波模块的第二输出端。

可选的，所述第一电容、所述第二电容、所述第三电容以及所述第四电容包括安规Y电容。

可选的，所述差模滤波模块包括第五电容。

所述第五电容的第一端为所述差模滤波模块的第一输入输出端，所述第五电容的第二端为所述差模滤波模块的第二输入输出端。

可选的，所述第五电容包括安规X电容。

可选的，所述第二共模滤波模块包括三相共模电感。

所述三相电感包括三个电感并联连接共同构成，所述三相第一电感的三个输入端共同构成为所述第二共模滤波模块的输入端，所述三相第一电感的三个输出端共同构成为所述第二共模滤波模块的输出端。

可选的，所述直流交流转换模块包括复合全控型电压驱动式功率半导体器件。

本实用新型实施例的第二方面提供了一种高电磁兼容性能的辅助电机控制系统，所述高电磁兼容性能的辅助电机控制系统包括电机和上述所述的高电磁兼容性能的辅助电机控制装置。

上述的高电磁兼容性能的辅助电机控制装置及系统通过第一共模滤波模块和差模滤波模块对输入直流电源进行共模噪声和差模噪声抑制，实现在输入直流电源转换为三相的输出交流电源之前，有效抑制和滤除共模和差模噪声干扰。通过直流交流转换模块将输入直流电源转换为三相的输出交流电源，利用第二共模滤波模块对三相的输出交流电源进行进一步的共模噪声抑制以生成高电磁兼容性能的交流驱动电源，驱动电机正常工作。通过多层级的共模滤波和差模滤波，全面、深度的对传输到电机上驱动电机工作的高压电源进行滤波处理，有效提高辅助电机控制器的电磁兼容性能，提高辅助电机控制器以及电动汽车运行的稳定可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型一实施例提供的一种高电磁兼容性能的辅助电机控制装置结构示意图；

图2为本实用新型一实施例提供的一种高电磁兼容性能的辅助电机控制装置及系统电路原理示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参阅图1，本实用新型实施例(第一实施例)提供的一种高电磁兼容性能的辅助电机控制装置10结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

在一实施例中，高电磁兼容性能的辅助电机控制装置10包括第一共模滤波模块11、差模滤波模块12、直流交流转换模块13以及第二共模滤波模块14。

第一共模滤波模块11，用于对输入直流电源进行共模噪声抑制以生成第一直流电源。

具体应用中，第一共模滤波模块11的第一输入端与电源正极线连接，第一共模滤波模块11的第二输入端与电源负极线连接，第一共模滤波模块11对输入直流电源中的共模噪声进行抑制，达到初次滤波功能。第一共模滤波模块11，可选的为π型滤波，可以实现对输入直流电源进行宽频段和大幅度的滤波处理。

差模滤波模块12，与第一共模滤波模块11连接，用于对第一直流电源进行差模噪声抑制以生成第二直流电源。

具体应用中，差模滤波模块12主要是对中低频段的差模噪声进行抑制，达到对输入直流电源进行二次滤波处理。

直流交流转换模块13，与差模滤波模块12连接，用于对第二直流电源进行转换以生成输出交流电源。

具体应用中，直流交流转换模块13将第二直流电源转换为三相的输出交流电源，以满足为三相电机提供工作电源的需求。

第二共模滤波模块14，与直流交流转换模块13连接，用于对输出交流电源进行高频共模噪声抑制以生成交流驱动电源。

本实施例通过第一共模滤波模块和差模滤波模块对输入直流电源进行共模噪声和差模噪声抑制，在输入直流电源转换为三相的输出交流电源之前，实现有效抑制和滤除噪声干扰的传播，通过直流交流转换模块达到将输入直流电源转换为三相的输出交流电源，利用第二共模滤波模块对三相的输出交流电源进行进一步的高频共模噪声抑制以生成具有高电磁兼容性EMC(Electro Magnetic Compatibility)的交流驱动电源，有效驱动电机工作。通过多层级的共模滤波和差模滤波，全面、深度的对传输到电机上的高压电源进行滤波处理，有效的提高了辅助电机控制器的电磁兼容性能，提高辅助电机控制器以及电动汽车运行的稳定可靠性。

请参阅图2，在一实施例中，第一共模滤波模块11包括第一电容C1、第二电容C2、第一电感L1、第三电容C3以及第四电容C4。

第一电容C1的第一端为第一共模滤波模块11的第一输入端，第一电容C1的第二端和第二电容C2的第一端与电源地GND连接。

第二电容C2的第二端为第一共模滤波模块11的第二输入端。

第一电感L1的第一线圈的第一端和第一电容C1的第一端连接，第一电感 L1的第一线圈的第二端与第三电容C3的第一端连接。

第一电感L1的第二线圈的第一端与第二电容C2的第二端连接，第一电感 L1的第二线圈的第二端与第四电容C4的第二端连接。

第三电容C3的第一端为第一共模滤波模块11的第一输出端，第三电容 C3的第二端和第四电容C4的第一端与电源地GND连接。

第四电容C4的第二端为第一共模滤波模块11的第二输出端。

具体应用中，可选的，第一电容C1和第二电容C2为安规Y电容。第一电容C1的第一端与电源正极线B+连接，第二电容C2的第二端与电源负极线 B-连接。从第一电容C1的第一端和第二电容C2的第二端接收输入直流电源。

安规Y电容主要用于抑制共模干扰，本实施例中，第一电容C1和第二电容C2并联，增大了整体电容值，提高了对共模噪声的抑制能力。第一电容C1 的第二端和第二电容C2的第一端与电源地GND连接，可将输入直流电源中的共模噪声旁路到大地，实现对输入直流电源进行初次抑制和滤除共模噪声及干扰处理。

具体应用中，第一电感L2也叫共模扼流圈，用于过滤共模的电磁干扰信号，也用于抑制高速信号线产生的电磁波向外干扰辐射，实现对输入直流电源进行二次抑制和滤除共模噪声及干扰处理。

具体应用中，可选的，第三电容C3和第四电容C4为安规Y电容。第三电容C3和第四电容C4并联，增大了整体电容值，提高了对共模噪声的抑制能力。第三电容C3的第二端和第四电容C4的第一端与电源地GND连接，可将输入电流中的共模噪声旁路到大地，进一步实现对输入直流电源进行共模噪声抑制和滤除处理，以生成第一直流电源。

具体应用中，第一电容C1和第二电容C2的容值不同，第三电容C3和第四电容C4的容值不同，通过线路阻抗稳定网络LISN(Line Impedance Stabilization Network)测试高压电力系统中EMC传导与辐射时，对于超标的频段，高频采用容值小的Y电容，低频采用容值大的Y电容。

具体应用中，第一电容C1和第二电容C2、第一电感L2以及第三电容C3 和第四电容C4共同构成为π型滤波，第一电感L2为共模扼流圈，第一电感 L2对共模噪声来说，相当于一个很大电感量的电感，能有效地抑制共模传导噪声，第一电容C1和第二电容C2以及第三电容C3和第四电容C4对共模噪声起旁路作用，从而实现对输入直流电源进行宽频段和大幅值(即分贝)的噪声抑制和滤除。

请参阅图2，在一实施例中，差模滤波模块12包括第五电容C5。

第五电容C5的第一端为差模滤波模块12的第一输入输出端，第五电容 C5的第二端为差模滤波模块12的第二输入输出端。第五电容C5的第一端和第五电容C5的第二端接收第一直流电源，同时也输出第二直流电源。

具体应用中，可选的，第五电容C5为安规X电容。安规X电容可以抑制差模干扰，并且能够在器件击穿时直接开路不会引起短路的风险，不会对人体产生危害。安规X电容对高频干扰的容抗小，可以将差模干扰噪声滤除，使其不能传递到后面的电路中，达到抑制差模高频干扰噪声的目的。

请参阅图2，在一实施例中，第二共模滤波模块14包括三相共模电感L2。

具体应用中，三相共模电感L2由三个电感L3、L4、L5(图中未标出)并联连接共同构成，三相共模电感L2的三个输入端分别与直流交流转换模块13 的三个输出端一一对应连接，三相共模电感L2的三个输出端分别与电机15的 U相、V相、W相一一对应连接。

当输出交流电源流经三相共模电感L2时，在三相共模电感L2的线圈内产生同方向的磁场，增大了三相共模电感L2的线圈电感量，也即增大了对输出交流电源的感抗，使输出交流电源中的共模噪声受到了更大的抑制，达到衰减噪声的目的，实现三相共模电感L2抑制共模干扰噪声的作用，减少高压电源电流传输过程中对外部的辐射干扰。

具体应用中，第二共模滤波模块14还可以采用磁环，磁环是一种环状的导磁体，对于高频共模噪声有很好的抑制作用。

请参阅图2，在一实施例中，直流交流转换模块13包括复合全控型电压驱动式功率半导体器件，可将从差模滤波模块12输出的第二直流电源转换为三相的输出交流电源。

复合全控型电压驱动式功率半导体器件简称IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成。IGBT具有自关断的特征，是一个非通即断的开关，IGBT 没有放大电压的功能，导通时可以看做导线，断开时当做开路。IGBT具有高输入阻抗；高速开关特性；导通状态低损耗等特点，因此可采用通用低成本的驱动线路，驱动功率小而饱和压降低，是一种适合于中、大功率应用的电力电子器件，非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统，如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。在电池到电机中可将电流从直流电DC转换为交流电AC。

上述施例通过第一电容C1、第二电容C2、第一电感L1、第三电容C3以及第四电容C4共同构成的第一共模滤波模块11对从电源正极线B+和电源负极线B-传输进来的输入直流电源进行共模噪声抑制和滤除电磁干扰之后生成第一直流电源，第一直流电源经由第五电容C5构成的差模滤波模块12进行差模噪声抑制之后生成第二直流电源，实现对输入直流电源进行共模噪声、差模噪声以及高频电磁波辐射抑制。在输入直流电源转换为三相的输出交流电源之前，有效抑制和滤除输入直流电源中的噪声及电磁干扰。通过复合全控型电压驱动式功率半导体器件(IGBT)构成的直流交流转换模块13将输入直流电源转换为三相的输出交流电源，再经由三相共模电感L2构成的第二共模滤波模块14对三相的输出交流电源进行进一步的高频共模噪声抑制之后生成三相的交流驱动电源驱动电机15工作。通过多层级的共模滤波和差模滤波，全面、深度的对传输到电机15上的高压电源进行滤波处理，有效提高辅助电机控制器的电磁兼容性能，提高辅助电机控制器以及电动汽车运行的稳定可靠性。

本实用新型一实施例还提供一种高电磁兼容性能的辅助电机控制系统，包括电机和上述所述的高电磁兼容性能的辅助电机控制装置10。

第一共模滤波模块11的第一输入端与电源正极线B+连接，第一共模滤波模块11的第二输入端与电源负极线B-连接。第二共模滤波模块14的三个输出端分别与电机15的U相、V相、W相一一对应连接，为电机15提供低噪声干扰的交流驱动电源。

本实施例通过第一共模滤波模块和差模滤波模块对输入直流电源进行共模噪声抑制、差模噪声抑制以及电磁波辐射干扰抑制，实现在输入直流电源转换为三相的输出交流电源之前，有效抑制噪声及干扰的传播。通过直流交流转换模块将输入直流电源转换为三相的输出交流电源，利用第二共模滤波模块对三相的输出交流电进行进一步的共模噪声抑制，通过多层级的共模滤波和差模滤波，全面、深度的对传输到电机上驱动电机工作的高压电源进行滤波处理，有效提高辅助电机控制器的电磁兼容性能，提高辅助电机控制器以及电动汽车运行的稳定可靠性。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高电磁兼容性能的辅助电机控制装置，其特征在于，包括：

用于对输入直流电源进行共模噪声抑制以生成第一直流电源的第一共模滤波模块；

与所述第一共模滤波模块连接，用于对所述第一直流电源进行差模噪声抑制以生成第二直流电源的差模滤波模块；

与所述差模滤波模块连接，用于对所述第二直流电源进行转换以生成输出交流电源的直流交流转换模块；

与所述直流交流转换模块连接，用于对所述输出交流电源进行高频共模噪声抑制以生成交流驱动电源的第二共模滤波模块。

2.如权利要求1所述的高电磁兼容性能的辅助电机控制装置，其特征在于，所述第一共模滤波模块包括：第一电容、第二电容、第一电感、第三电容以及第四电容；

所述第一电容的第一端为所述第一共模滤波模块的第一输入端，所述第一电容的第二端和所述第二电容的第一端与电源地连接；

所述第二电容的第二端为所述第一共模滤波模块的第二输入端；

所述第一电感的第一线圈的第一端和所述第一电容的第一端连接，所述第一电感的第一线圈的第二端与所述第三电容的第一端连接；

所述第一电感的第二线圈的第一端与所述第二电容的第二端连接，所述第一电感的第二线圈的第二端与所述第四电容的第二端连接；

所述第三电容的第一端为所述第一共模滤波模块的第一输出端，所述第三电容的第二端和所述第四电容的第一端与电源地连接；

所述第四电容的第二端为所述第一共模滤波模块的第二输出端。

3.如权利要求2所述的高电磁兼容性能的辅助电机控制装置，其特征在于，所述第一电容、所述第二电容、所述第三电容以及所述第四电容包括安规Y电容。

4.如权利要求1所述的高电磁兼容性能的辅助电机控制装置，其特征在于，所述差模滤波模块包括第五电容；

所述第五电容的第一端为所述差模滤波模块的第一输入输出端，所述第五电容的第二端为所述差模滤波模块的第二输入输出端。

5.如权利要求4所述的高电磁兼容性能的辅助电机控制装置，其特征在于，所述第五电容包括安规X电容。

6.如权利要求1所述的高电磁兼容性能的辅助电机控制装置，其特征在于，所述第二共模滤波模块包括三相共模电感；

所述三相共模电感包括三个电感并联连接共同构成，所述三相共模电感的三个输入端共同构成为所述第二共模滤波模块的输入端，所述三相共模电感的三个输出端共同构成为所述第二共模滤波模块的输出端。

7.如权利要求1所述的高电磁兼容性能的辅助电机控制装置，其特征在于，所述直流交流转换模块包括复合全控型电压驱动式功率半导体器件。

8.一种高电磁兼容性能的辅助电机控制系统，其特征在于，所述高电磁兼容性能的辅助电机控制系统包括电机和如权利要求1至7任一所述的高电磁兼容性能的辅助电机控制装置。