用于電動汽車的創(chuàng)新濾波器解決方案

　　隨著汽車配備的電子系統(tǒng)越來越多，對EMC的要求也隨之增加。對于電動汽車而言（xEV），由于電機逆變器額外增加了電力電子設備，其對EMC的要求更甚。TDK集團的新型濾波器解決方案的面市，為解決相關EMC問題提供外形雅致，重量輕便的解決方案。

　　無論是混合動力還是純電動汽車，這些車型（xEV）裝載了各種電子設備。而裝載在電動車上的電子設備，無論是在質(zhì)量還是技術的要求方面都遠超應用于內(nèi)燃機車輛的電子設備。為了滿足安全性、舒適度和通信要求，電動車上的電子系統(tǒng)的復雜度不斷增加，除此之外，電動驅(qū)動系統(tǒng)（包括高壓電池、逆變器和至少一個電機）同樣需要使用電子系統(tǒng)。

　　因此，開發(fā)這種車輛時首先要確保單個系統(tǒng)能夠完美安裝在狹小空間中，并且不會引起彼此干擾，也不會干擾影響車外系統(tǒng)。這些EMC要求必須嚴格符合CISPR25或EUDirectiveECE-R10等國際標準。

　　屏蔽電纜引起的EMC問題為有效控制電機所需的功率和速度，逆變器采用的是脈寬調(diào)制（PWM）的工作模式。而脈沖上升沿或下降沿會在逆變器的輸入和輸出側(cè)引起顯著的EMC問題，如引發(fā)輻射發(fā)射和傳導發(fā)射等問題。為了盡可能降低這些EMC問題產(chǎn)生的影響，絕大多數(shù)設計采用對整個系統(tǒng)進行完全電磁密封或屏蔽的理念進行開發(fā)。

　　為了節(jié)省空間并改善重量分布，各種驅(qū)動元件被分開安裝在整個車內(nèi)。比如電池通常放于車尾，逆變器則放置在車頭。電機安裝在輪軸上，對于輪轂電機則直接安裝在車輪上。因此，將逆變器連接至電池，需要一根長的屏蔽電纜。然而，這樣帶來了極大的潛在風險，主要有三方面原因：1、很容易產(chǎn)生高屏蔽電流，從而引發(fā)高頻區(qū)強輻射性；2、引發(fā)大幅度的電壓尖峰，甚至可能損壞逆變器或電池；3、可能會通過耦合，從而干擾車輛的低壓系統(tǒng)。

　　屏蔽電纜、屏蔽電池和逆變器之間的電氣和機械連接還可能產(chǎn)生更多的問題。因此，該連接的阻抗必須極低，從而確保屏蔽的有效性。但是車輛內(nèi)在振動和沖擊會逐漸削弱屏蔽連接，從而引起阻抗的長期遞增。此外由氧化甚至腐蝕引起的老化過程也不容忽視。圖1顯示了測量電力電子設備電磁發(fā)放射性的設置要求（符合 CISPR25）。

　　圖1：根據(jù)CISPR25設置測量

　　系統(tǒng)（電池和逆變器之間用屏蔽電纜連接）的輻射發(fā)射和傳導發(fā)射性能如圖2所示。

　　圖2：帶有屏蔽線的發(fā)射性能

　　盡管在電池和逆變器之間使用屏蔽電纜可降低輻射發(fā)射（上），但并不降低傳導發(fā)射（下）。

　　使用新型濾波器可明顯改善EMC

　　為了滿足市場上日益嚴格的EMC要求，TDK集團專門針對電動汽車的驅(qū)動系統(tǒng)應用，開發(fā)了愛普科斯（EPCOS）P100316*系列2線式高壓直流濾波器。該系列專為600VDC高壓應用而設計，適合高壓電池提供的典型電壓，其電流能力約為150ADC或350ADC，即便驅(qū)動系統(tǒng)的額定功率超過 100kW，濾波器依然能有效。該系列濾波器具有多種型號可供選擇，且所有型號的直流電阻僅為0.05m?，這意味著即便在高電流情況下也不會有顯著的損耗。

　　如圖3所示，根據(jù)測試設置要求可確認該新型濾波器的卓越濾波性能。

　　圖3：使用愛普科斯（EPCOS）高壓直流濾波器后的系統(tǒng)發(fā)射特性

　　很顯然：在電池和逆變器之間使用新型愛普科斯（EPCOS）EMC濾波器，即使使用非屏蔽電纜，也能顯著降低傳導干擾。

　　可以看出，如果使用新型濾波器，即使使用非屏蔽電纜，傳導干擾也可顯著降低達70dB（或功率因數(shù)為3000），并且還能可觀地減少個別系統(tǒng)中傳統(tǒng)EMC元件的數(shù)量。

　　除了卓越的電氣性能，該濾波器具備外形緊湊，重量輕便等特性，非常適合車輛應用，因而倍受客戶青睞。產(chǎn)品的尺寸介于121mmx52mmx52mm和186mmx65mmx65mm之間，具體是型號而定。

　　該新型系列包括12種型號，不僅具有2種不同的電流能力（150ADC和350ADC），還具有不同的濾波特性。也就是說，客戶可以更有針對性的獲得解決自身EMC問題的方案，挑選適合應用要求的濾波器型號。此外，我們除了提供常規(guī)性能的型號外，還提供在長波頻譜150kHz和300kHz之間具有超強濾波性能的其他型號。

　　延長電機壽命

　　高頻屏蔽電流只代表了確保電磁兼容這一挑戰(zhàn)的一部分。比如，在逆變器的輸出端，脈沖上升沿會引起電壓尖峰，后者會隨著電纜電感值的增加而增加。一旦環(huán)境條件不利，這些電壓尖峰可能引起電弧，進而損壞電機繞組。與此同時，漏地電流也會隨之產(chǎn)生，這些電流流過電機軸承，從而引起尖峰。反過來又會損壞軸承滾珠或滾子，使其過早失效。

　　一個補救辦法是使用鐵氧體環(huán)形磁芯，使電機電纜穿過這些磁芯。這樣可顯著降低共模干擾和漏地電流，確保其不超過臨界值。在此，TDK集團也提供了多種解決方案，如具有不同幾何形狀的環(huán)形磁芯和不同材料的鐵氧體，且這些產(chǎn)品可針對特定頻率區(qū)域進行優(yōu)化，根據(jù)每個驅(qū)動系統(tǒng)量身定制。

　　表：愛普科斯（EPCOS）2線式HVDC濾波器的技術數(shù)據(jù)