原理解讀
圖1是電動車電機驅(qū)動器的EMI問題的基本原理圖。
圖1 電動車電機驅(qū)動器的EMI問題基本原理圖
按圖1所示,電機驅(qū)動器的EMI共模電流主要有兩種,即圖中的ICOM1和ICOM2。
共模電流ICOM1是因為動力電機的驅(qū)動信號電纜線與參考接地板之間的寄生電容CP2,導(dǎo)致UVW信號通過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)動電機UVW信號的功率地。
共模電流ICOM2是因為動力電機的驅(qū)動信號線在殼體內(nèi)部與殼體之間的寄生電容CP1,導(dǎo)致UVW信號通過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測試時高壓直流線與參考接地板之間的LISN,終回到驅(qū)動電機UVW信號的功率地。
按以上分析,CP1和CP2的大小對流過LISN和高壓線束的共模電流大小影響很大,而流過LISN的共模電流就是傳導(dǎo)騷擾,流過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CP1和CP2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CP1來說,其大小與UVW信號所在導(dǎo)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(dǎo)體的等效面積[cm2]
H:高度[cm]
為了減小CP1,以下結(jié)論是顯而易見的:
1、UVW的導(dǎo)體長度要短;
2、UVW的導(dǎo)體寬度要窄;
3、UVW信號的導(dǎo)體與殼體之間應(yīng)該有功率地的地平面
然而為什么UVW信號的導(dǎo)體與殼體之間應(yīng)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(dǎo)體與參考接地板之間無其它導(dǎo)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(dǎo)體下方存在地平面時,UVW信號導(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,因為地平面“隔離”了分布在UVW信號導(dǎo)體與參考接地板之間的電場,所以UVW信號導(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存量)。
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;
產(chǎn)品設(shè)計是一定要保證高dV/dt的信號導(dǎo)體(如UVW信號、時鐘信號)面積小。在電動車電機驅(qū)動器中,實際上是要求:
1)IGBT安裝在UVW信號在機箱的出口處,便于保證長度短;
2)銅排的寬度在滿足通流量的情況下保持小。
高dv/dt的信號導(dǎo)體(如UVW信號、時鐘信號等)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)。像電機驅(qū)動器,其UVW信號還會以電纜的形式延伸至殼體之外,這時降低寄生電容的方法就對電纜進行屏蔽處理;
當高dv/dt的信號導(dǎo)體在PCB中布置時,印制線或器件杜絕放置在PCB板的邊緣。如果設(shè)計中由于其它原因一定要布置在PCB板邊緣,那么可以在印制線邊上再布一根工作地(GND)線,并通過過孔將此工作地(GND)線與工作地(GND)平面相連;
消除一種誤解:不要認為輻射是UVW信號導(dǎo)體直接造成的,事實上UVW信號導(dǎo)體個體較小,它直接影響的是近場輻射(表現(xiàn)為UVW信號導(dǎo)體與其它導(dǎo)體(如參考接地板)之間形成的寄生電容),造成遠場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可以比擬的導(dǎo)體。
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