WO2023246481A1 - 具有emi抑制的驱动电路及汽车电机驱动系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种具有EMI抑制的驱动电路及汽车电机驱动系统。所述具有EMI抑制的驱动电路包括：第一滤波单元、第二滤波单元、第三滤波单元、驱动电源和驱动芯片。第一滤波单元包括差模滤波单元和共模滤波单元。
Description
本申请要求在2022年06月20日提交中国专利局、申请号为202210698499.2的中国专利申请的优先权，以上申请的全部内容通过引用结合在本申请中。
本申请涉及EMI抑制驱动电路技术领域，例如涉及一种具有EMI抑制的驱动电路及汽车电机驱动系统。
随着技术的发展，新能源汽车电机驱动控制器的电源方案，多采用电源芯片驱动金属-氧化物-半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)搭建反激式开关电源拓扑，开关电源会受到电磁干扰(Electromagnetic Interference，EMI)干扰。其干扰源主要集中体现在功率开关器件、变压器、输出整流二极管，其中功率开关器件在高频率的开关循环切换和本身的寄生电容的影响下，使其电压变化率和电流变化率都在急剧改变，这便提高了EMI的干扰强度。高频变压器因漏感的存在，在开关电源的关断的瞬间会产生一个很高的尖峰电压，这个尖峰电压会对开关电源的EMI造成影响。输出整流二极管在反向恢复的时候也会产生一个高的尖峰电压，也会对开关电源的EMI造成影响。
发明内容
本申请提供了一种具有EMI抑制的驱动电路及汽车电机驱动系统。
第一方面，本申请实施例提供了一种具有EMI抑制的驱动电路，该驱动电路包括第一滤波单元、第二滤波单元、第三滤波单元、驱动电源和驱动芯片；
其中，所述第一滤波单元连接供电电源；
所述第二滤波单元连接于所述第一滤波单元与所述驱动电源的输入端之间；
所述第三滤波单元连接于所述第二滤波单元和所述驱动芯片的第一输入端之间；
所述驱动芯片的第二输入端连接所述驱动电源的输出端；其中，所述第一滤波单元包括差模滤波单元和共模滤波单元，所述第二滤波单元和所述第三滤波单元为π型滤波单元。
应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本申请的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本申请的范围。本申请的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
图1是相关技术中EMI抑制驱动电路的结构示意图；
图2是根据本申请实施例提供的一种有效抑制EMI的驱动单元电路结构示意图；
图3是根据本申请实施例提供的一种具有EMI抑制的驱动电路的电路图。
相关技术中电机驱动系统内EMI主要为传导干扰，干扰源重点发生在功率开关器件、变压器、输出整流二极管，其中功率开关器件在高频率的开关循环切换和本身的寄生电容的影响下，使其电压变化率和电流变化率都在急剧改变，这便提高了EMI的干扰。传统EMI抑制电路都是一级π型滤波单元，或者在高压端增加共模电感和Y电容，EMI抑制电路不能对驱动板(设置有驱动控制器)EMI干扰进行有效的抑制，驱动板EMI保护电路比较少。
针对相关技术中存在的上述状况，本申请实施例提供了一种具有EMI抑制的驱动电路，可用于避免相关技术中功率半导体器件产生瞬变的电压和电流对低压电源回路产生的电磁干扰，进而干扰整车其他电子设备的情形。图1为相关技术中的EMI抑制驱动电路结构示意图，如图1所示，供电电源为低压12V的电池，供电电源通过π型滤波以后，同时给驱动电源和驱动芯片供电，π型滤波起到双向滤波作用，可以降低驱动单元EMI辐射给低压12V电池回路。由于驱动电源和驱动芯片都是低压12V的电池经过π型滤波供电，会出现电磁波相互耦合叠加干扰，并不能有效的抑制驱动电源的EMI干扰低压回路。
图1中示出了驱动集成电路(integrated circuit，IC)。
图2为本申请实施例提供的一种有效抑制EMI的驱动单元电路结构示意图，如图2所示，该具有EMI抑制的驱动电路包括：第一滤波单元110、第二滤波单元120、第三滤波单元130、驱动电源140和驱动芯片150。所述第一滤波单元110连接供电电源100；第二滤波单元120连接于第一滤波单元与驱动电源140的输入端之间；第三滤波单元130连接于所述第二滤波单元120和所述驱动芯片150的第一输入端之间；驱动芯片150的第二输入端连接所述驱动电源140
的输出端。第一滤波单元110包括共模滤波单元和差模滤波单元，第二滤波单元120包括π型滤波单元，也即为一级π型滤波单元，第三滤波单元130包括π型滤波单元，也即为二级π型滤波单元，供电电源100先通过共模滤波单元和差模滤波单元(第一滤波单元)进行滤波，衰减电源电路中的共模干扰，降低电源电路的旁路差模干扰，然后经过第二滤波单元120(第一级π型滤波单元)给驱动电源供电，再经过第三滤波单元130(第二级π型滤波单元)给驱动芯片150供电，这样第三滤波单元130(第二级π型滤波单元)在实现滤波的基础上，可以隔离驱动电源与驱动芯片，降低电磁波相互干扰耦合叠加。供电电源100经过第一滤波单元110、第二滤波单元120、第三滤波单元130给驱动芯片150供电，驱动电源140给驱动芯片150供电，驱动芯片150给绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)模块160供电。
图3为本申请实施例提供的一种具有EMI抑制的驱动电路的电路图，如图3所示，一种具有EMI抑制的驱动电路，包括第一滤波单元110、第二滤波单元120、第三滤波单元130、驱动电源140和驱动芯片150；控制器1用来提供供电电源，供电电源为低压电，低压电通过第一滤波单元110、第二滤波单元120、第三滤波单元130给驱动电源140和驱动芯片150供电。第一滤波单元110连接于供电电源和第二滤波单元120之间，第一滤波单元110包括差模滤波单元和共模滤波单元。共模电感L3、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、和第四电容C4共同构成该EMI抑制驱动电路的共模滤波单元。其中，共模电感L3可以衰减电源电路中的共模干扰，第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、和第四电容C4接地，可以对电源电路输出的共模电流进行滤波。第五电容C5和第六电容C6组成了该EMI抑制驱动电路的差模滤波单元。第五电容C5和第六电容C6为差模电容，通过差模电容可以降低电源电路的旁路差模干扰。
其中，第二滤波单元120为一级π型滤波单元，第三滤波单元130为二级π型滤波单元。π型滤波单元可以由π滤波器构成，π滤波器是一种双向低通滤波器，与传统的LC滤波器有很大不同。当π滤波器用于低通滤波时，输出稳定且K值固定。例如π滤波器电路由两个电容并联，再与一个电感串联组成如下的π形状的电路，它在高频下产生高阻抗，在低频下产生低阻抗。本实施例中通过一级π型滤波单元输出给驱动电源供电，二级π型滤波单元输出给驱动芯片供电，通过二级π型滤波单元将驱动电源与驱动芯片供电回路隔离滤波，降低驱动电源与驱动芯片之间电磁波相互耦合叠加干扰，可以有效地抑制驱动单元电路的EMI干扰低压回路。
请参考图3，在上述实施例的基础上，第一滤波单元110包括共模电感L3、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、和第四电容C4，共模电感L3的第一端和第二端连接供电电源，共模电感L3的第三端连接所述第二滤波单元120；
所述第一电容C1连接于所述共模电感L3的第一端和设备外壳170之间，用于对电源电路输出的共模电流进行滤波。
所述第二电容C2连接于所述共模电感L3的第二端和设备外壳170之间，用于对电源电路输出的共模电流进行滤波。
所述第三电容C3连接于所述共模电感L3的第三端和设备外壳170之间，用于对电源电路输出的共模电流进行滤波。
所述第四电容C4连接于所述共模电感L4的第四端和设备外壳170之间，用于对电源电路输出的共模电流进行滤波。
第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、和第四电容C4连接于设备外壳170，相当于另一端接地，可以对电源电路输出的共模电流进行滤波。
共模电感L3、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、和第四电容C4共同构成该EMI抑制驱动电路的共模滤波单元，共模电感L3能够衰减电源电路中的共模干扰，构成接地电容的第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、和第四电容C4则是用于对电源电路输出的共模电流进行滤波；另外，共模电感L3上的铜线绕线方向绕组是同一相的，但是通过绕线的电磁干扰交流电压是不是同相的，因此在共模电感磁芯上会生成两个不同相的交流磁通量，从而可以彼此抵消掉。
在一实施例中，第一滤波单元110还包括第五电容C5和第六电容C6。
所述第五电容C5的一端连接所述共模电感L3的第一端，另一端接地。所述第六电容C6的一端连接所述共模电感L3的第三端，另一端接地。
第五电容C5和第六电容C6组成了该EMI抑制驱动电路的差模滤波单元，第五电容C5和第六电容C6作为两个差模电容分别并联设置在共模电感L3的两端，第五电容C5与供电电源对应相连，第六电容C6与供电电源相并联，通过第五电容C5、第六电容C6能够降低电源电路的旁路差模干扰。
在一实施例中，第二滤波单元120包括第一电感L1、第七电容C7和第八电容C8，第一电感L1的第一端连接所述第一滤波单元，所述第一电感L1的第二端连接所述驱动电源的输入端和所述第三滤波单元。
所述第七电容C7一端连接所述第一电感L1的第一端，另一端接地。
所述第八电容C8一端连接所述第一电感L1的第二端，另一端接地。
第一电感L1、第七电容C7和第八电容C8共同构成了一级π型滤波单元，即第二滤波单元120。第二滤波单元120(一级π型滤波单元)输出给驱动电源供电。供电电源的低压电经过第一滤波单元110后传输至第二滤波单元120，传输至第二滤波单元120的低压电经过了第一滤波单元110对低压电进行了第一次滤波，衰减了电源电路中的共模干扰，降低了电源电路的旁路差模干扰。
π滤波器电路由两个电容并联，再与一个电感串联组成如下的π形状的电路，它在高频下产生高阻抗，在低频下产生低阻抗。π型滤波有RC和LC两种，在输出电流不大的情况下用RC，R的取值不能太大，一般几个至几十欧姆，其优点是成本低。其缺点是电阻要消耗一些能量，效果不如LC电路。滤波电容取大一点效果也不错。LC电路里有一个电感，根据输出电流大小和频率高低选择电感量的大小。其缺点是电感体积大，笨重，价格高。现有的一般的电子线路的电源都是RC滤波。很少用LC滤波电路。本实施例中选用滤波电路可以去除不需要的谐波，在直流电源中就是减小电流的脉动，使电流更平滑。
在一实施例中，第三滤波单元130包括第二电感L2、第九电容C9和第十电容C10；所述第二电感L2的第一端连接所述第二滤波单元120，所述第二电感L2的第二端连接所述驱动芯片的第一输入端。
所述第九电容C9一端连接所述第二电感L2的第一端，另一端接地。
所述第十电容C10一端连接所述第二电感L2的第二端，另一端接地。
第二电感L2、第九电容C9和第十电容C10共同构成了二级π型滤波单元，即第三滤波单元130。第二滤波单元120(一级π型滤波单元)输出给驱动电源供电，第三滤波单元130(二级π型滤波单元)输出给驱动芯片供电，第三滤波单元130(二级π型滤波单元)将驱动电源与驱动芯片供电回路隔离滤波，降低驱动电源与驱动芯片之间电磁波相互耦合叠加干扰，可以有效地抑制驱动单元电路的EMI干扰低压回路。
在一实施例中，第三滤波单元130还包括第十一电容C11，第十一电容C11与第十电容C10并联。
所述供电电源为低压电源，所述供电电源的电压小于等于48V。
在一实施例中，所述供电电源的电压为12V。
所述驱动芯片的输出端连接IGBT模块，所述IGBT模块连接高压电源190和电机180，IGBT模块中包含有MOS管S1、S2、S3、S4、S5、S6，通过IGBT模块中MOS管的通断来控制电机180运转。
本实施例中，通过共模电感抑制共模干扰，通过差模电容滤除差模干扰，
通过一级π型滤波和二级π型滤波有效隔离驱动电源与驱动芯片，避免电磁波相互耦合叠加干扰，可以有效地抑制驱动单元电路的EMI干扰低压回路。共模电感、差模电容、一级π型滤波单元、二级π型滤波单元的参数可以根据不同驱动电源与驱动芯片进行参数匹配，具有良好的适应性。共模电感、差模电容、一级π型滤波单元、二级π型滤波单元都是低成本器件，具有良好的经济性。
本实施例中所述汽车电机驱动系统包括本申请任意实施例提供的具有EMI抑制的驱动电路。
本申请实施例中，通过在汽车电机驱动系统中设置该具有EMI抑制的驱动电路，可以解决功率半导体器件产生瞬变的电压和电流对低压电源回路产生的电磁干扰，进而防止其干扰整车其他电子设备。
Claims (11)
- 一种具有电磁干扰EMI抑制的驱动电路，包括第一滤波单元(110)、第二滤波单元(120)、第三滤波单元(130)、驱动电源(140)和驱动芯片(150)；所述第一滤波单元(110)连接供电电源(100)；所述第二滤波单元(120)连接于所述第一滤波单元(110)与所述驱动电源(140)的输入端之间；所述第三滤波单元(130)连接于所述第二滤波单元(120)和所述驱动芯片(150)的第一输入端之间；所述驱动芯片(150)的第二输入端连接所述驱动电源(140)的输出端；其中，所述第一滤波单元(110)包括差模滤波单元和共模滤波单元，所述第二滤波单元(120)和所述第三滤波单元(130)为π型滤波单元。
- 根据权利要求1所述的驱动电路，其中，所述第一滤波单元(110)包括共模电感(L3)、第一电容(C1)、第二电容(C2)、第三电容(C3)、和第四电容(C4)；所述共模电感(L3)的第一端和第二端连接供电电源(100)，所述共模电感(L3)的第三端连接所述第二滤波单元(120)；所述第一电容(C1)连接于所述共模电感(L3)的第一端和设备外壳(170)之间，所述第二电容(C2)连接于所述共模电感(L3)的第二端和设备外壳(170)之间，所述第三电容(C3)连接于所述共模电感(L3)的第三端和设备外壳(170)之间，所述第四电容(C4)连接于所述共模电感(L3)的第四端和设备外壳(170)之间。
- 根据权利要求2所述的驱动电路，其中，所述第一滤波单元(110)还包括：第五电容(C5)和第六电容(C6)；所述第五电容(C5)的一端连接所述共模电感(L3)的第一端，所述第五电容(C5)的另一端接地；所述第六电容(C6)的一端连接所述共模电感(L3)的第三端，所述第六电容(C6)的另一端接地。
- 根据权利要求1所述的驱动电路，其中，所述第二滤波单元(120)包括第一电感(L1)、第七电容(C7)和第八电容(C8)；所述第一电感(L1)的第一端连接所述第一滤波单元(110)，所述第一电感(L1)的第二端连接所述驱动电源(140)的输入端和所述第三滤波单元(130)；所述第七电容(C7)的一端连接所述第一电感(L1)的第一端，所述第七电容(C7)的另一端接地；所述第八电容(C8)的一端连接所述第一电感(L1)的第二端，所述第八 电容(C8)的另一端接地。
- 根据权利要求1所述的驱动电路，其中，所述第三滤波单元(130)包括：第二电感(L2)、第九电容(C9)和第十电容(C10)；所述第二电感(L2)的第一端连接所述第二滤波单元(120)，所述第二电感(L2)的第二端连接所述驱动芯片(150)的第一输入端；所述第九电容(C9)的一端连接所述第二电感(L2)的第一端，所述第九电容(C9)的另一端接地；所述第十电容(C10)的一端连接所述第二电感(L2)的第二端，所述第十电容(C10)的另一端接地。
- 根据权利要求5所述的驱动电路，还包括第十一电容(C11)，所述第十一电容(C11)与所述第十电容(C10)并联。
- 根据权利要求1或2所述的驱动电路，其中，所述供电电源(100)为低压电源，所述供电电源(100)的电压小于或等于48V。
- 根据权利要求7所述的驱动电路，其中，所述供电电源(100)的电压为12V。
- 根据权利要求1或7所述的驱动电路，其中，所述驱动芯片(150)的输出端连接绝缘栅双极型晶体管IGBT模块(160)，所述IGBT模块(160)连接高压电源(190)和电机(180)。
- 一种汽车电机驱动系统，包括权利要求1-9任一项所述的具有EMI抑制的驱动电路。
- 根据权利要求10所述的汽车电机驱动系统，还包括电机(180)，所述电机(180)与所述具有EMI抑制的驱动电路连接。
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| CN114977774A (zh) | 2022-08-30 |
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