电动汽车电机控制器的电磁干扰抑制研究

贺彪 张青原 赵学广

长城汽车股份有限公司，河北省汽车工程技术研究中心 河北保定 071000摘要：近年来我国交通运输行业得到了高速的发展，但环境污染的程度却与日俱增，这促进了我国电动汽车行业的发展。对 电动汽车的研究发现，其电机驱动系统在使用的过程中，由于电动机以及电机控制器内部 IGBT 等功率器件的高频开关会干 扰其内部低压电路，甚至会导致整个电机驱动系统无法正常工作。

关键词：电机控制器；；电磁干扰；；干扰抑制

中图分类号：U469.72 文献标识码：A 文章编号：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 電动汽车及其电机驱动系统的简要概述

电动汽车以动力电池为能量来源，通过 IGBT 等功率转换器件

向电机输出电能并使其按照一定的转速和转矩进行转动，从而驱动 整车行驶。电机驱动系统主要由电机控制器、电机及三相电缆三部 分组成，电机驱动系统作为电动汽车关键动力部件，通过 CAN 网络 与整车交互指令和状态信息，电机控制器通过采集电机电流、速度 及位置信号，并综合整车系统状态及整车控制指令，将来自整车高 压配电的直流电逆变成交流电并驱动电动机工作。

2 电动汽车电机驱动系统内部典型的电磁干扰

源

电动汽车电动机在运转时，流过其线圈绕组的电流会高频率通 断从而导致线圈中的磁场即刻消失，线圈绕组会产生上千伏的瞬变 过电压，此种情况尤其在电机的起动以及制动时尤为明显，当电动 机电枢绕组电流突然被切断时，电动机定子励磁使得转子电枢绕组 产生与原电枢电动势同方向的感应电动势，而这同方向叠加会产生 原额定电压 10 倍左右的瞬间过电压，将导致很强的能量并瞬间释 放。被瞬间释放的能量会通过传导性电磁干扰的方式窜入低压控制 电路及 CAN 总线，干扰其模拟及数字电路正常工作，从而导致系统 的逻辑运算错误使得电机驱动系统故障停机。除电动机外，电机控 制器产生的电磁干扰更加不可忽视。

电机控制器采用 PW M 控制方式，其 IGBT 开关频率高达 4kH z 至 8kH z，电机控制器工作时在开关频率下产生的纹波电流幅值很 高，会对电机驱动系统内部低压控制单元造成信号失真甚至失控； 而且，电机控制器内部继电器等触点开关在断开瞬间，上千安培的 拉弧放电产生的电流值会迅速减小到零，由于继电器等触点开关多 为电感线圈绕制而成，因此其在关断瞬间会产生瞬时电压脉冲，将 对低压电路形成强烈的传导性电磁干扰。另外，电机控制器输出的 高压交流也会通过导线以传导性电磁干扰的形式与低压线进行电容 性耦合及电感性耦合从而影响电机驱动系统的正常运行。

3 电机控制器的电磁干扰抑制措施

3.1 线束的辐射信号处理

引起电机控制器电磁干扰问题的原因有很多，其中最重要的就

是电缆，因为电缆可以作为天线，将周围的电磁信号发射出去。同 时，由于电动汽车上可供安装设备的空间十分有限，无法使安装的 电缆均保持安全的距离。

线束布线规则：

（1）为达到充分的退耦，电机控制器与电机之间的动力线和CAN 总线、信号线应尽可能远离，保持的最小间距为0.3m；

（2）I 类电缆与 S 类电缆可以垂直交叉，这时，不需要考虑电

缆距离问题；

（3）I 类电缆采用带屏蔽层的电缆，供电线和回线之间的距离

尽量靠近；

（4）CAN 总线信号电缆采用带屏蔽层双绞线方式，尽量绞紧，

且贴近底盘布线，以减少回路面积，防止低频段的辐射干扰，高频 段加瓷珠解决；

（5）其它信号线采用带屏蔽层的电缆，电缆的屏蔽层采取单端 接地的方式，且贴近底盘布线。

3.2 逆变器环节的抑制措施

本研究检测的电机控制器系统使用的电压源逆变器，采用空间

矢量脉宽调制方法。由于电机的三相输出电压不是绝对对称的，这 就造成电机中点的电压值实际上很难是零值，于是就产生了共模电 压。同时，PWM 脉冲控制开关管通断，会产生很高的du/dt，于是在 逆变器与电机之间就存在了大幅值的共模电压和高 du/dt，这就形 成了主要的干扰源。

因此，在电动汽车中，电机控制器与电机应尽可能得靠近，使 其连接电缆尽可能得短以减少共模电流的环路面积，同时，连接电 缆应贴近底盘同时带有屏蔽层，其屏蔽层分别与电机控制器、电机 360 度搭接，这样使得电缆屏蔽层与电机控制器和电机共同构成一 个完整的屏蔽体，从而减少共模辐射。

结语：

电动汽车电机驱动系统传导性电磁干扰的抑制是一个系统性工

程，若要使得电机驱动系统传导性电磁干扰达到较为理想的水平， 需要在产品设计初期即针对控制板、驱动板、电源板、IGBT 等关键 零部件进行电磁兼容仿真并不断针对电路板走线布局、机械结构布 局、高低压线束走线布局等进行改进，而不是待产品定型后再加装 相关滤波器等屏蔽措施进行“围堵”，这种被动整改措施不仅增加 了物料成本、电路板及机械结构变更成本及人力成本，并且最终的 屏蔽效果在某些频段也不一定有较大幅度的改善。

参考文献

[1]沙斐.机电一体化系统的电磁兼容技术[M].北京：中国电

力出版社，2017.

[2]斐春松.纯电动汽车电磁兼容分析与电磁干扰抑制[J]. 汽车电器，2015.10：59-63.