摘要 

依據(jù)ISO 11452-4—2005的規(guī)定對新能源汽車電機控制器進行大電流注入( BCI)測試中 , 控制電機停轉(zhuǎn)，且監(jiān)控軟件故障欄位顯示故障。通過分析，確定干擾主要是通過低壓電源進入系統(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試過程中工作正常。
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)動電機系統(tǒng)與傳統(tǒng)汽車的內(nèi)燃機驅(qū)動系統(tǒng)有很大的不同， 其 DC-AC 逆變系統(tǒng)中大功率半導體開關(guān)器件的快速開通和關(guān)斷使電壓與電流在極短時間內(nèi)高低電平跳變， 加上驅(qū)動電機為大感性負載， 對自身的弱電回路和鄰近的電子設(shè)備形成強烈的輻射和傳導電磁干擾。 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， 帶來了很多的電磁兼容問題。
1、新能源汽車電機控制器的抗擾試驗方法
依據(jù)ISO 11452-4中對 BCI 的試驗規(guī)定，新能源汽車電機控制器BCI測試可選擇替代法 / 閉環(huán)法。我公司采用的是替代法，注入電流等級為100mA。電流注入位置分別距電機控制器150mm，450mm和750mm。試驗過程中，被測控制器應(yīng)處于正常工作狀態(tài)；電
源通過5μH/50Ω人工網(wǎng)絡(luò)（ AN）加到被測控制器。實驗過程中監(jiān)控軟件通過控制器控制電機在一個固定轉(zhuǎn)速下運行， 通過實時監(jiān)測電機轉(zhuǎn)速和其他參數(shù)的變化， 考察控制器抵抗 BCI 的能力， 連接方式見圖 1，實際測試布置見圖 2。

圖 1 電機控制器 BCI 測試連接框圖

2、BCI 試驗情況分析
將控制器與電機按電氣原理圖連接，通過12V蓄電池給控制器供電，監(jiān)控軟件通過控制器控制電機以固定的轉(zhuǎn)速運行。通過傳感器采集轉(zhuǎn)速信號發(fā)到監(jiān)控軟件上，然后進行 BCI 測試，若測試中出現(xiàn)轉(zhuǎn)速大幅抖動、電機停轉(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，樣品測試結(jié)果見表 1。

表 1 電動汽車電機控制器原始記錄結(jié)果
從實驗結(jié)果來看，受試樣品的電機控制器受 BCI 的影響非常明顯，導致監(jiān)控軟件電機控制器對應(yīng)的故障欄顯示故障碼，電機停轉(zhuǎn)。從原始試驗數(shù)據(jù)來看，在電機空載運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 信號耦合到控制器內(nèi)部，由于線束排布不合理，高壓互鎖信號線從控制板底部穿過，可能造成線束耦合的干擾與控制板兩次耦合，進而干擾了電機控制。
（ 2） 由于共模電感、Y電容選型不合理，BCI測試時濾波不夠，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，控制芯片受到影響，導致控制芯片脈沖輸出信號產(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，導致控制器控制出現(xiàn)問題。

3、整改措施
通常，抑制干擾信號有三種方法：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。在電動汽車電機控制器的實際應(yīng)用中，前兩種方法不適用。 針對上述三種原因 , 分別采用不同的應(yīng)對措施提高受試設(shè)備的抗干擾能力。
（ 1） 針對線束耦合問題，調(diào)整高壓互鎖線束排布。將高壓互鎖線束調(diào)整到遠離控制板的位置。試驗發(fā)現(xiàn)，空載情況下單純調(diào)整線束排布，結(jié)果沒有改善，說明線束排布不合理不是導致此問題的主要原因。
（ 2） 針對器件選型問題，調(diào)整共模電感、Y 電容選型。通過選擇相同封裝的電感和與控制器問題頻段相匹配的濾波電容進行替換，新、舊電感參數(shù)如圖 3，新、舊電容參數(shù)如圖 4，實驗結(jié)果沒有改善，整改措施未達到預期效果。

圖 3 新舊電感插入損耗特性對比

圖 4 新舊電容阻抗特性對比

（ 3） 針對 PCB 布局不合理問題，優(yōu)化計量電路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，使干擾可以越過共模電感直接到達主電源內(nèi)部電路，對系統(tǒng)內(nèi)部造成極大干擾，如圖5所示。

圖 5 PCB 更改前后對比

經(jīng)過優(yōu)化PCB布局，并結(jié)合共模電感、 Y 電容選型調(diào)整，將耦合進主電源部分的干擾進行了有效抑制，試驗通過。
4、電機控制器 PCB 設(shè)計中應(yīng)注意的問題
從本案例的解決方案結(jié)合其他電機控制器的試驗情況來看，BCI試驗不合格往往是器件選型、PCB 布線設(shè)計不合理造成的。因此在試驗過程中盡快找到問題點，對PCB進行優(yōu)化設(shè)計是解決此類問題的有效途徑。為了提高BCI 試驗的通過率， 以下幾點在電機控制器 PCB 設(shè)計初期需要引起注意 ：
（ 1） 綜合考慮產(chǎn)品結(jié)構(gòu)件的特點， 合理設(shè)計產(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，在控制芯片電源與地的輸入端預留濾波元件位置。
（ 3） 在電子線路中， 如果選擇隔離對策， 那么隔離一定要解決， 電源、地和信號進出隔離區(qū)域時一定要做濾波處理， 否則隔離對策不僅對電路設(shè)計沒有幫助， 反而會引入無法消除的干擾， 造成兩個區(qū)域地電平產(chǎn)生電位差，進而影響整個電路的正常工作。 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大電流注入測試系統(tǒng)