電動汽車電磁干擾的分析與抑制

摘 要：近年來，電動汽車的開發(fā)已成為未來汽車的主要發(fā)展方向。與傳統燃料汽車相比，電動汽車雖然更加環(huán)保，但是因為在汽車內增加了很多的電力電子零件，在提高電能利用效率的同時使得電磁兼容（EMC）問題越發(fā)的明顯，與之相關的電磁干擾（EMI）也越來越嚴重。針對上述問題，本文將重點研究電動汽車系統所產生的電磁干擾，對其的產生原因與抑制方法作出分析。

關鍵詞：電動汽車 電磁干擾 干擾抑制

Analysis and Suppression of Electromagnetic Interference in Electric Vehicle

Mao Xiaojuan

Abstract：In recent years， the development of electric vehicle has become the main development direction of the future automobile. Compared with traditional fuel vehicles， electric vehicles are more environmentally friendly， but with the addition of many electric and electronic components， the problem of electromagnetic compatibility becomes more and more obvious while improving the efficiency of electric energy utilization， and the electromagnetic interference is becoming more and more serious. In view of the above problems， this paper will focus on the research of EMI produced of new energy vehicle， and analyze the causes and the suppression methods.

Key words：electric cars， electromagnetic interference， interference suppression

1 電磁干擾和電磁兼容

1.1 電磁干擾

電磁干擾從發(fā)現到至今已經經歷了非常長一段發(fā)展時間，但直到現在也沒有人能完全保證能夠消除電磁干擾。而汽車上越來越多的電子系統使電磁干擾也越來越嚴重，電磁干擾的發(fā)生，會引起受到電磁干擾的電子系統性能下降，甚至可能出現電子系統功能失靈等問題，這對汽車的安全行駛有重大的隱患[1]。

1.2 電磁兼容

電磁兼容性即電氣元器件即便是在出現電磁干擾的情況下也能夠正常運轉的抗電磁干擾能力[2]。電磁兼容性包括電磁干擾和電磁敏感性。電磁干擾就是系統在正常工作的時候，在運行相關電子設備的時候有對影響系統正常工作的電磁噪聲產生。電磁敏感性是指系統在正常工作的時候，受到周邊的電磁影響后仍然能執(zhí)行相關功能的能力。

1.3 電磁干擾的傳輸途徑

電磁干擾的傳輸耦合路徑僅僅分布在敏感設備以及干擾源兩者之間。其中，傳導電磁干擾更多是依靠導體的作用來實現直接的傳輸，而輻射電磁干擾則需要經由空間作用來實現傳輸。

1.4 電磁敏感性

電磁敏感性即電磁干擾的受抗體，電氣系統內的干擾源能夠將出現的電磁干擾信號經過耦合路徑傳遞到敏感設備。在這種情況下，電磁干擾是否產生和電磁干擾的嚴重程度完全取決于設備自身的抗干擾能力。電子設備或者系統對抗外來電磁干擾影響的能力被視為電磁敏感性。

2 電動汽車電磁干擾現象的防護措施分析

電動汽車主要以蓄電池供電，但在汽車提速時，因為瞬時電流快速增大，使得瞬時電壓值變得很小，會影響汽車的動力性能，而汽車內的逆變器可以提高蓄電池的供電能力，使電壓回升到正常的水平，可以有效的提高新能源汽車的加速功能，使汽車的動力性能得到改善。但是逆變器在正常運行時因為開關管的高速開關動作，會有比較大的電壓、電流變化率，產生嚴重的電磁干擾，對于電動汽車電磁干擾的抑制來看，在設計初期能采用的抑制措施相對比較多，后期能采用的抑制辦法也許會受到很多條件的限制。另外若在新能源汽車設計初階段就考慮車內電子設備之間的電磁兼容問題，成本也會更低。

不管電氣設備或汽車系統有多復雜，電磁干擾的產生包括三個基本要素：干擾源、傳輸路線和敏感設備。換言之，這三大基本要素是形成電磁干擾的必要組成部分，缺少任何一項的情況下都無法出現電磁干擾現象。為了抑制電磁干擾，人們想盡辦法將三要素中的一個因素去除掉，實際操作期間，只需要對其一個進行抑制作用，面臨的電磁干擾問題就可以有效地解決。目前對傳導電磁干擾的抑制國內外都做了大量的分析研究，主要的抑制辦法有兩種[4]，一種是從干擾源出發(fā)，屏蔽和限制其發(fā)射強度;另一種就是由傳播路徑的研究著手，對傳導EMI的傳播路徑進行阻斷。

2.1 屏蔽干擾源

汽車電器設計工作至關重要，對于汽車電子控制器電路板來說，它是整個汽車運行的關鍵，也是影響整個汽車運行的關鍵部件。其中電器由于瞬間高壓所產生的磁場，為抑制其干擾或者是屏蔽干擾源，可以通過添加導線金屬網、金屬遮蓋或者是金屬罩等措施來抑制電磁干擾的產生。

2.2 加裝無源EMI濾波器

在汽車系統中添加濾波器主要是為了阻斷EMI的傳播路徑，從而達到抑制傳導EMI的目的。但若是只將濾波器加入其中，則很大程度上會由于負載端以及直源端兩者阻抗方面的不匹配性，而帶來更加嚴重的反射損耗影響;還有可能就是濾波器的參數以及結構都是固定的存在，實際運行期間就會被持續(xù)變化的運行環(huán)境所影響而出抑制效果減弱，以及寄生參數對電路的影響等問題。所以加裝一種無源EMI濾波器，從根本上避免了上述傳統濾波器帶來的弊端，也對傳導電磁干擾有很好的抑制作用。如圖2.1是EMI濾波器的工作原理圖，能夠明確若是存在電磁干擾信號，則監(jiān)測點就將針對信號完成檢測處理，并且在補償點位置對于檢測信號完成等量反向疊加電壓補償，以此來抑制電磁干擾的產生及傳輸。

3 電動汽車電磁干擾現象的抑制

本文選擇的一種無源濾波器，其原理是檢測電路內的共模干擾電壓，實施反向疊加電壓補償，達到抑制干擾信號的目的，圖2呈現出來的是EMI濾波器結構。

為深入分析無源EMI濾波器對于電磁干擾具有的抑制效果，經MATLAB接入濾波結構實現仿真分析，經由對結果的對比，進一步證實無源濾波器抑制效果的有效性和正確性。

在仿真時要保證接入濾波結構電路時共模干擾仿真模型和參數與濾波器未接入之前的模型、參數一致。圖3就是直流端的共模干擾電流波形圖。與抑制前的圖4相比，可見，干擾電流的幅值相對于抑制前整體都有了大幅度的降低，進而大幅度減弱電磁干擾對于新能源汽車的電磁環(huán)境方面的影響。

在MATLAB軟件內，將圖進行傅里葉變換獲得圖6抑制后的共模干擾電流頻譜圖。與抑制前圖5相比，得到表1抑制前后直流端的共模干擾電流頻譜對比表，可見，引入濾波結構后，Z源逆變器電磁干擾大幅度下降，抑制作用比較明顯。

通過分析對比EMI濾波器抑制前后的效果可以看出，抑制后干擾頻的幅值會比較小，所以明確了本文設計得到的濾波器相較傳統濾波器呈現出來的抑制作用更加突出。

4 結語

本文分析了Z源逆變器傳導電磁干擾的抑制方法，設計了一種無源濾波器通過阻斷電磁干擾的傳播途徑來有效對電磁干擾進行抑制，經過MATLAB分析，明確該方法的有效性與正確性。

參考文獻：

[1]金松濤，劉青松.混合動力汽車電磁兼容技術研究[J].客車技術與研究，2010，32（2）：45-47.

[2]中國標準出版社第四編輯室.電磁兼容標準匯編（基礎卷）[M].北京：中國標準出版社，2007.

[3]安宗裕，楊永明，彭河蒙.電動汽車電磁兼容問題研究[J].重慶大學，2010.10.29.

[4]肖軍.汽車電子產業(yè)已成為新經濟的增長點[J].天津汽車，2005（6）：3-6.

作者簡介

毛曉娟：（1986.04—），女，滿族，甘肅臨夏人，講師，本科。研究方向：電氣工程及其自動化。