電動汽車電機控制器的電磁干擾抑制研究

賀彪 張青原 趙學廣

長城汽車股份有限公司，河北省汽車工程技術研究中心 河北保定 071000摘要：近年來我國交通運輸行業得到了高速的發展，但環境污染的程度卻與日俱增，這促進了我國電動汽車行業的發展。對 電動汽車的研究發現，其電機驅動系統在使用的過程中，由于電動機以及電機控制器內部 IGBT 等功率器件的高頻開關會干 擾其內部低壓電路，甚至會導致整個電機驅動系統無法正常工作。

關鍵詞：電機控制器；；電磁干擾；；干擾抑制

中圖分類號：U469.72 文獻標識碼：A 文章編號：2095-3178（2018）19-0240-01

Study on electromagnetic interference suppression of motor controller of electric vehicle

He Biao Zhang Qingyuan Zhao Xueguang

Great Wall Motor Company， Automotive Engineering Technical Center of HeBei， baoding 071000

Abstract： in recent years， China's transportation industry has achieved rapid development， but the degree of environmental pollution is increasing day by day， which promotes the development of China's electric vehicle industry. The study on electric vehicles found that the high frequency switch of the motor and power devices such as IGBT inside the motor controller would interfere the low-voltage circuit inside the motor and even lead to the failure of the whole motor drive system during the use of the motor drive system.

Keywords： motor controller； electromagnetic interference； interference suppression

1 電動汽車及其電機驅動系統的簡要概述

電動汽車以動力電池為能量來源，通過 IGBT 等功率轉換器件

向電機輸出電能并使其按照一定的轉速和轉矩進行轉動，從而驅動 整車行駛。電機驅動系統主要由電機控制器、電機及三相電纜三部 分組成，電機驅動系統作為電動汽車關鍵動力部件，通過 CAN 網絡 與整車交互指令和狀態信息，電機控制器通過采集電機電流、速度 及位置信號，并綜合整車系統狀態及整車控制指令，將來自整車高 壓配電的直流電逆變成交流電并驅動電動機工作。

2 電動汽車電機驅動系統內部典型的電磁干擾

源

電動汽車電動機在運轉時，流過其線圈繞組的電流會高頻率通 斷從而導致線圈中的磁場即刻消失，線圈繞組會產生上千伏的瞬變 過電壓，此種情況尤其在電機的起動以及制動時尤為明顯，當電動 機電樞繞組電流突然被切斷時，電動機定子勵磁使得轉子電樞繞組 產生與原電樞電動勢同方向的感應電動勢，而這同方向疊加會產生 原額定電壓 10 倍左右的瞬間過電壓，將導致很強的能量并瞬間釋 放。被瞬間釋放的能量會通過傳導性電磁干擾的方式竄入低壓控制 電路及 CAN 總線，干擾其模擬及數字電路正常工作，從而導致系統 的邏輯運算錯誤使得電機驅動系統故障停機。除電動機外，電機控 制器產生的電磁干擾更加不可忽視。

電機控制器采用 PW M 控制方式，其 IGBT 開關頻率高達 4kH z 至 8kH z，電機控制器工作時在開關頻率下產生的紋波電流幅值很 高，會對電機驅動系統內部低壓控制單元造成信號失真甚至失控； 而且，電機控制器內部繼電器等觸點開關在斷開瞬間，上千安培的 拉弧放電產生的電流值會迅速減小到零，由于繼電器等觸點開關多 為電感線圈繞制而成，因此其在關斷瞬間會產生瞬時電壓脈沖，將 對低壓電路形成強烈的傳導性電磁干擾。另外，電機控制器輸出的 高壓交流也會通過導線以傳導性電磁干擾的形式與低壓線進行電容 性耦合及電感性耦合從而影響電機驅動系統的正常運行。

3 電機控制器的電磁干擾抑制措施

3.1 線束的輻射信號處理

引起電機控制器電磁干擾問題的原因有很多，其中最重要的就

是電纜，因為電纜可以作為天線，將周圍的電磁信號發射出去。同 時，由于電動汽車上可供安裝設備的空間十分有限，無法使安裝的 電纜均保持安全的距離。

線束布線規則：

（1）為達到充分的退耦，電機控制器與電機之間的動力線和CAN 總線、信號線應盡可能遠離，保持的最小間距為0.3m；

（2）I 類電纜與 S 類電纜可以垂直交叉，這時，不需要考慮電

纜距離問題；

（3）I 類電纜采用帶屏蔽層的電纜，供電線和回線之間的距離

盡量靠近；

（4）CAN 總線信號電纜采用帶屏蔽層雙絞線方式，盡量絞緊，

且貼近底盤布線，以減少回路面積，防止低頻段的輻射干擾，高頻 段加瓷珠解決；

（5）其它信號線采用帶屏蔽層的電纜，電纜的屏蔽層采取單端 接地的方式，且貼近底盤布線。

3.2 逆變器環節的抑制措施

本研究檢測的電機控制器系統使用的電壓源逆變器，采用空間

矢量脈寬調制方法。由于電機的三相輸出電壓不是絕對對稱的，這 就造成電機中點的電壓值實際上很難是零值，于是就產生了共模電 壓。同時，PWM 脈沖控制開關管通斷，會產生很高的du/dt，于是在 逆變器與電機之間就存在了大幅值的共模電壓和高 du/dt，這就形 成了主要的干擾源。

因此，在電動汽車中，電機控制器與電機應盡可能得靠近，使 其連接電纜盡可能得短以減少共模電流的環路面積，同時，連接電 纜應貼近底盤同時帶有屏蔽層，其屏蔽層分別與電機控制器、電機 360 度搭接，這樣使得電纜屏蔽層與電機控制器和電機共同構成一 個完整的屏蔽體，從而減少共模輻射。

結語：

電動汽車電機驅動系統傳導性電磁干擾的抑制是一個系統性工

程，若要使得電機驅動系統傳導性電磁干擾達到較為理想的水平， 需要在產品設計初期即針對控制板、驅動板、電源板、IGBT 等關鍵 零部件進行電磁兼容仿真并不斷針對電路板走線布局、機械結構布 局、高低壓線束走線布局等進行改進，而不是待產品定型后再加裝 相關濾波器等屏蔽措施進行“圍堵”，這種被動整改措施不僅增加 了物料成本、電路板及機械結構變更成本及人力成本，并且最終的 屏蔽效果在某些頻段也不一定有較大幅度的改善。

參考文獻

[1]沙斐.機電一體化系統的電磁兼容技術[M].北京：中國電

力出版社，2017.

[2]斐春松.純電動汽車電磁兼容分析與電磁干擾抑制[J]. 汽車電器，2015.10：59-63.