新能源電動(dòng)車電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)導(dǎo)體面積需要受控！

原理解讀

  圖1是電動(dòng)車電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的EMI問(wèn)題的基本原理圖。

圖1   電動(dòng)車電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的EMI問(wèn)題基本原理圖

按圖1所示，電機(jī)驅(qū)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?yàn)閯?dòng)力電機(jī)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)電纜線與參考接地板之間的寄生電容CP2，導(dǎo)致UVW信號(hào)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(cè)試時(shí)高壓直流線與參考接地板之間所連接的LISN裝置,終回到驅(qū)動(dòng)電機(jī)UVW信號(hào)的功率地。

共模電流ICOM2是因?yàn)閯?dòng)力電機(jī)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)線在殼體內(nèi)部與殼體之間的寄生電容CP1，導(dǎo)致UVW信號(hào)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，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(cè)試時(shí)高壓直流線與參考接地板之間的LISN,終回到驅(qū)動(dòng)電機(jī)UVW信號(hào)的功率地。

按以上分析，C_P1和C_P2的大小對(duì)流過(guò)LISN和高壓線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(dǎo)騷擾，流過(guò)高壓線束的共模電流就是輻射騷擾（高壓線束猶如等效發(fā)射天線）。可見，降低寄生電容C_P1和C_P2的值是降低傳導(dǎo)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(hào)所在導(dǎo)體的面積、UVW信號(hào)與機(jī)殼之間的距離有關(guān)。

理論計(jì)算公式是：Cp ≈ 0.1 × S / H

其中：

Cp:寄生電容[pF]

S:信號(hào)導(dǎo)體的等效面積[cm2]

H:高度[cm]

為了減小C_P1，以下結(jié)論是顯而易見的：

1、UVW的導(dǎo)體長(zhǎng)度要短；

2、UVW的導(dǎo)體寬度要窄；

3、UVW信號(hào)的導(dǎo)體與殼體之間應(yīng)該有功率地的地平面

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

圖2 UVW信號(hào)與參考接地板之間的分布電容

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

圖3 鋪設(shè)地平面后的寄生電容

  圖3中可以看出，因?yàn)榈仄矫?ldquo;隔離”了分布在UVW信號(hào)導(dǎo)體與參考接地板之間的電場(chǎng)，所以UVW信號(hào)導(dǎo)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(chǔ)存量）。

總結(jié)與思考

1. 高dv/dt的導(dǎo)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(xiǎn)評(píng)估技術(shù)中風(fēng)險(xiǎn)要素之一；

2. 產(chǎn)品設(shè)計(jì)是一定要保證高dV/dt的信號(hào)導(dǎo)體（如UVW信號(hào)、時(shí)鐘信號(hào)）面積小。在電動(dòng)車電機(jī)驅(qū)動(dòng)器中，實(shí)際上是要求：

   1）IGBT安裝在UVW信號(hào)在機(jī)箱的出口處，便于保證長(zhǎng)度短；

   2）銅排的寬度在滿足通流量的情況下保持小。

3. 高dv/dt的信號(hào)導(dǎo)體（如UVW信號(hào)、時(shí)鐘信號(hào)等）的下方存在地平面（若是PCB，則鋪設(shè)地平面；若采用銅排，則用疊層母排）。像電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，其UVW信號(hào)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(duì)電纜進(jìn)行屏蔽處理；

4. 當(dāng)高dv/dt的信號(hào)導(dǎo)體在PCB中布置時(shí)，印制線或器件杜絕放置在PCB板的邊緣。如果設(shè)計(jì)中由于其它原因一定要布置在PCB板邊緣，那么可以在印制線邊上再布一根工作地（GND）線，并通過(guò)過(guò)孔將此工作地（GND）線與工作地（GND）平面相連；

5. 消除一種誤解：不要認(rèn)為輻射是UVW信號(hào)導(dǎo)體直接造成的，事實(shí)上UVW信號(hào)導(dǎo)體個(gè)體較小，它直接影響的是近場(chǎng)輻射（表現(xiàn)為UVW信號(hào)導(dǎo)體與其它導(dǎo)體（如參考接地板）之間形成的寄生電容），造成遠(yuǎn)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(zhǎng)可以比擬的導(dǎo)體。