新能源電動(dòng)車(chē)電機驅動(dòng)信號導體面積需要受控！

原理解讀

  圖1是電動(dòng)車(chē)電機驅動(dòng)器的EMI問(wèn)題的基本原理圖。

圖1   電動(dòng)車(chē)電機驅動(dòng)器的EMI問(wèn)題基本原理圖

按圖1所示，電機驅動(dòng)器的EMI共模電流主要有兩種,即圖中的ICOM1和ICOM2。

共模電流ICOM1是因為動(dòng)力電機的驅動(dòng)信號電纜線(xiàn)與參考接地板之間的寄生電容CP2，導致UVW信號通過(guò)該寄生電容傳遞至參考接地板，再由產(chǎn)品中所有與參考接地板之間的回路，包括EMI測試時(shí)高壓直流線(xiàn)與參考接地板之間所連接的LISN裝置,終回到驅動(dòng)電機UVW信號的功率地。

共模電流ICOM2是因為動(dòng)力電機的驅動(dòng)信號線(xiàn)在殼體內部與殼體之間的寄生電容CP1，導致UVW信號通過(guò)該寄生電容傳遞殼體，并從殼體與參考接地板之間的接地線(xiàn)，傳遞至參考接地板，再由產(chǎn)品中所有與參考接地板之間的回路，包括EMI測試時(shí)高壓直流線(xiàn)與參考接地板之間的LISN,終回到驅動(dòng)電機UVW信號的功率地。

按以上分析，C_P1和C_P2的大小對流過(guò)LISN和高壓線(xiàn)束的共模電流大小影響很大，而流過(guò)LISN的共模電流就是傳導騷擾，流過(guò)高壓線(xiàn)束的共模電流就是輻射騷擾（高壓線(xiàn)束猶如等效發(fā)射天線(xiàn)）?？梢?jiàn)，降低寄生電容C_P1和C_P2的值是降低傳導騷擾和輻射騷擾的重要措施。

就寄生電容C_P1來(lái)說(shuō)，其大小與UVW信號所在導體的面積、UVW信號與機殼之間的距離有關(guān)。

理論計算公式是：Cp ≈ 0.1 × S / H

其中：

Cp:寄生電容[pF]

S:信號導體的等效面積[cm2]

H:高度[cm]

為了減小C_P1，以下結論是顯而易見(jiàn)的：

1、UVW的導體長(cháng)度要短；

2、UVW的導體寬度要窄；

3、UVW信號的導體與殼體之間應該有功率地的地平面

然而為什么UVW信號的導體與殼體之間應該有功率地的地平面呢？請看圖2。圖2是表達UVW信號與參考接地板之間的分布電容的原理圖，圖中UVW信號導體與參考接地板之間無(wú)其它導體，即形成較大的寄生電容。

圖2 UVW信號與參考接地板之間的分布電容

當UVW信號導體下方存在地平面時(shí)，UVW信號導體與參考接地板之間的寄生電容如圖3所示。

圖3 鋪設地平面后的寄生電容

  圖3中可以看出，因為地平面“隔離”了分布在UVW信號導體與參考接地板之間的電場(chǎng)，所以UVW信號導體與參考接地板之間寄生電容也減少（電容的定義是單位電壓下的電荷儲存量）。

總結與思考

1. 高dv/dt的導體或器件與參考接地板之間的容性耦合，是產(chǎn)生EMI問(wèn)題的重要因素，也是EMC風(fēng)險評估技術(shù)中風(fēng)險要素之一；

2. 產(chǎn)品設計是一定要保證高dV/dt的信號導體（如UVW信號、時(shí)鐘信號）面積小。在電動(dòng)車(chē)電機驅動(dòng)器中，實(shí)際上是要求：

   1）IGBT安裝在UVW信號在機箱的出口處，便于保證長(cháng)度短；

   2）銅排的寬度在滿(mǎn)足通流量的情況下保持小。

3. 高dv/dt的信號導體（如UVW信號、時(shí)鐘信號等）的下方存在地平面（若是PCB，則鋪設地平面；若采用銅排，則用疊層母排）。像電機驅動(dòng)器，其UVW信號還會(huì )以電纜的形式延伸至殼體之外，這時(shí)降低寄生電容的方法就對電纜進(jìn)行屏蔽處理；

4. 當高dv/dt的信號導體在PCB中布置時(shí)，印制線(xiàn)或器件杜絕放置在PCB板的邊緣。如果設計中由于其它原因一定要布置在PCB板邊緣，那么可以在印制線(xiàn)邊上再布一根工作地（GND）線(xiàn)，并通過(guò)過(guò)孔將此工作地（GND）線(xiàn)與工作地（GND）平面相連；

5. 消除一種誤解：不要認為輻射是UVW信號導體直接造成的，事實(shí)上UVW信號導體個(gè)體較小，它直接影響的是近場(chǎng)輻射（表現為UVW信號導體與其它導體（如參考接地板）之間形成的寄生電容），造成遠場(chǎng)輻射的直接因素是電纜或產(chǎn)品中大尺寸與輻射頻率波長(cháng)可以比擬的導體。