摘要 

依據(jù)ISO 11452-4—2005的規(guī)定對(duì)新能源汽車電機(jī)控制器進(jìn)行大電流注入( BCI)測(cè)試中 , 控制電機(jī)停轉(zhuǎn)，且監(jiān)控軟件故障欄位顯示故障。通過(guò)分析，確定干擾主要是通過(guò)低壓電源進(jìn)入系統(tǒng)的。采取更改線束布局、優(yōu)化PCB走線等整改措施后，新能源汽車控制器在測(cè)試過(guò)程中工作正常。
關(guān)鍵詞
新能源汽車控制器；電磁兼容；大電流注入；整改
引言
新能源汽車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)與傳統(tǒng)汽車的內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有很大的不同， 其 DC-AC 逆變系統(tǒng)中大功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的快速開(kāi)通和關(guān)斷使電壓與電流在極短時(shí)間內(nèi)高低電平跳變， 加上驅(qū)動(dòng)電機(jī)為大感性負(fù)載， 對(duì)自身的弱電回路和鄰近的電子設(shè)備形成強(qiáng)烈的輻射和傳導(dǎo)電磁干擾。 另外， 新能源汽車在有限的空間內(nèi)集成了多種功能性模塊， 帶來(lái)了很多的電磁兼容問(wèn)題。
1、新能源汽車電機(jī)控制器的抗擾試驗(yàn)方法
依據(jù)ISO 11452-4中對(duì) BCI 的試驗(yàn)規(guī)定，新能源汽車電機(jī)控制器BCI測(cè)試可選擇替代法 / 閉環(huán)法。我公司采用的是替代法，注入電流等級(jí)為100mA。電流注入位置分別距電機(jī)控制器150mm，450mm和750mm。試驗(yàn)過(guò)程中，被測(cè)控制器應(yīng)處于正常工作狀態(tài)；電
源通過(guò)5μH/50Ω人工網(wǎng)絡(luò)（ AN）加到被測(cè)控制器。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中監(jiān)控軟件通過(guò)控制器控制電機(jī)在一個(gè)固定轉(zhuǎn)速下運(yùn)行， 通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速和其他參數(shù)的變化， 考察控制器抵抗 BCI 的能力， 連接方式見(jiàn)圖 1，實(shí)際測(cè)試布置見(jiàn)圖 2。

圖 1 電機(jī)控制器 BCI 測(cè)試連接框圖

2、BCI 試驗(yàn)情況分析
將控制器與電機(jī)按電氣原理圖連接，通過(guò)12V蓄電池給控制器供電，監(jiān)控軟件通過(guò)控制器控制電機(jī)以固定的轉(zhuǎn)速運(yùn)行。通過(guò)傳感器采集轉(zhuǎn)速信號(hào)發(fā)到監(jiān)控軟件上，然后進(jìn)行 BCI 測(cè)試，若測(cè)試中出現(xiàn)轉(zhuǎn)速大幅抖動(dòng)、電機(jī)停轉(zhuǎn)或者監(jiān)控軟件出現(xiàn)故障碼， 則判定產(chǎn)品不符合要求。在1~400 MHz頻段，樣品測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表 1。

表 1 電動(dòng)汽車電機(jī)控制器原始記錄結(jié)果
從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，受試樣品的電機(jī)控制器受 BCI 的影響非常明顯，導(dǎo)致監(jiān)控軟件電機(jī)控制器對(duì)應(yīng)的故障欄顯示故障碼，電機(jī)停轉(zhuǎn)。從原始試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)看，在電機(jī)空載運(yùn)行情況下有能量脈沖輸出和電量增加。有以下可能的原因 ：
（ 1） BCI 信號(hào)耦合到控制器內(nèi)部，由于線束排布不合理，高壓互鎖信號(hào)線從控制板底部穿過(guò)，可能造成線束耦合的干擾與控制板兩次耦合，進(jìn)而干擾了電機(jī)控制。
（ 2） 由于共模電感、Y電容選型不合理，BCI測(cè)試時(shí)濾波不夠，造成內(nèi)部系統(tǒng)受到干擾，系統(tǒng)的參考電平產(chǎn)生波動(dòng)，控制芯片受到影響，導(dǎo)致控制芯片脈沖輸出信號(hào)產(chǎn)生異常。
（ 3） PCB 布局不合理，電源電路隔離效果不好，使濾波單元起不到作用，導(dǎo)致控制器控制出現(xiàn)問(wèn)題。

3、整改措施
通常，抑制干擾信號(hào)有三種方法：減少干擾源發(fā)射、切斷傳播路徑、提高受試設(shè)備的抗干擾能力。在電動(dòng)汽車電機(jī)控制器的實(shí)際應(yīng)用中，前兩種方法不適用。 針對(duì)上述三種原因 , 分別采用不同的應(yīng)對(duì)措施提高受試設(shè)備的抗干擾能力。
（ 1） 針對(duì)線束耦合問(wèn)題，調(diào)整高壓互鎖線束排布。將高壓互鎖線束調(diào)整到遠(yuǎn)離控制板的位置。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，空載情況下單純調(diào)整線束排布，結(jié)果沒(méi)有改善，說(shuō)明線束排布不合理不是導(dǎo)致此問(wèn)題的主要原因。
（ 2） 針對(duì)器件選型問(wèn)題，調(diào)整共模電感、Y 電容選型。通過(guò)選擇相同封裝的電感和與控制器問(wèn)題頻段相匹配的濾波電容進(jìn)行替換，新、舊電感參數(shù)如圖 3，新、舊電容參數(shù)如圖 4，實(shí)驗(yàn)結(jié)果沒(méi)有改善，整改措施未達(dá)到預(yù)期效果。

圖 3 新舊電感插入損耗特性對(duì)比

圖 4 新舊電容阻抗特性對(duì)比

（ 3） 針對(duì) PCB 布局不合理問(wèn)題，優(yōu)化計(jì)量電路PCB 的布局。經(jīng)分析，輸入電源部分在共模電感與 Y電容之間的PCB布局有很大問(wèn)題 ：為了給Y電容引入結(jié)構(gòu)地，結(jié)構(gòu)地GND層PCB 布局在共模電感底部未做隔離處理，使干擾可以越過(guò)共模電感直接到達(dá)主電源內(nèi)部電路，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部造成極大干擾，如圖5所示。

圖 5 PCB 更改前后對(duì)比

經(jīng)過(guò)優(yōu)化PCB布局，并結(jié)合共模電感、 Y 電容選型調(diào)整，將耦合進(jìn)主電源部分的干擾進(jìn)行了有效抑制，試驗(yàn)通過(guò)。
4、電機(jī)控制器 PCB 設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題
從本案例的解決方案結(jié)合其他電機(jī)控制器的試驗(yàn)情況來(lái)看，BCI試驗(yàn)不合格往往是器件選型、PCB 布線設(shè)計(jì)不合理造成的。因此在試驗(yàn)過(guò)程中盡快找到問(wèn)題點(diǎn)，對(duì)PCB進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)是解決此類問(wèn)題的有效途徑。為了提高BCI 試驗(yàn)的通過(guò)率， 以下幾點(diǎn)在電機(jī)控制器 PCB 設(shè)計(jì)初期需要引起注意 ：
（ 1） 綜合考慮產(chǎn)品結(jié)構(gòu)件的特點(diǎn)， 合理設(shè)計(jì)產(chǎn)品內(nèi)部線束的布線， 建議避免不同類型線束平行布線，如果不能避免平行，建議線 - 線、 線 - 板之間距離大于 10 mm。
（ 2） 控制電路的設(shè)計(jì)，在控制芯片電源與地的輸入端預(yù)留濾波元件位置。
（ 3） 在電子線路中， 如果選擇隔離對(duì)策， 那么隔離一定要解決， 電源、地和信號(hào)進(jìn)出隔離區(qū)域時(shí)一定要做濾波處理， 否則隔離對(duì)策不僅對(duì)電路設(shè)計(jì)沒(méi)有幫助， 反而會(huì)引入無(wú)法消除的干擾， 造成兩個(gè)區(qū)域地電平產(chǎn)生電位差，進(jìn)而影響整個(gè)電路的正常工作。 結(jié)合使用接地、 屏蔽和濾波等措施， 可有效地提高設(shè)備的抗干擾能力。

BCI大電流注入測(cè)試系統(tǒng)