深度：新能源汽車EMC仿真算法

來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)
1、電磁兼容測(cè)試在新能源汽車中的必要性
電磁兼容（Electromagnetic Compatibility，簡(jiǎn)稱emc)。指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對(duì)該環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承受的電磁干擾的能力。
EMC包括兩個(gè)方面的要求：一方面是指設(shè)備在正常運(yùn)行過(guò)程中對(duì)所在環(huán)境產(chǎn)生的電磁干擾不能超過(guò)一定的限值，即所謂的電磁干擾（Electromagnetic Interference，簡(jiǎn)稱EMI）。
另一方面是指設(shè)備對(duì)所在環(huán)境中存在的電磁干擾具有一定程度的抗擾度，即所謂的電磁抗干擾（Electro Magnetic Susceptibility，簡(jiǎn)稱EMS）。
與傳統(tǒng)汽車相比，新能源汽車EMC問(wèn)題更加突出。新能源汽車動(dòng)力直接使用電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，高壓附件的使用會(huì)使電磁干擾問(wèn)題的更為嚴(yán)重。動(dòng)力系統(tǒng)由于電流在極短時(shí)間內(nèi)的跳動(dòng)以及大功率半導(dǎo)體開關(guān)的快速移動(dòng)會(huì)發(fā)出強(qiáng)烈的輻射以及電磁干擾。
加上電子電氣部件都占據(jù)著極大的比重，其中的電磁兼容性問(wèn)題又與整車的安全密切相關(guān)。汽車內(nèi)各種控制器，DCDC.DCAC都是強(qiáng)干擾源，而且線束又多又長(zhǎng)，輻射干擾很嚴(yán)重。隨著CISPR25-2016的發(fā)布，高壓系統(tǒng)的EMC要求越來(lái)越嚴(yán)，EMC測(cè)試已成為汽車廠商所要面對(duì)的最嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)之一。


▲一個(gè)典型的DCDC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
為了減小電磁干擾，我們就必須要加強(qiáng)電磁兼容性測(cè)試。

2、EMC的分析原理
傳統(tǒng)EMC設(shè)計(jì)中一般遵循：產(chǎn)品設(shè)計(jì)--樣品生產(chǎn)--EMC 測(cè)試--測(cè)試不通過(guò)--整改--更改設(shè)計(jì)--樣品生產(chǎn)--測(cè)試通過(guò)。
定位困難，反復(fù)重復(fù)的工作。
EMC仿真是基于軟件分析的一種正向電磁兼容設(shè)計(jì)方法，包括3D仿真，PCB仿真和系統(tǒng)及電路仿真。
電磁場(chǎng)的分析方法有解析法和數(shù)值法。EMC仿真軟件都是基于數(shù)值法。
常用的數(shù)值法




電磁干擾中所有算法的基礎(chǔ)，Maxwell方程：


▲Maxwell方程積分形式


▲Maxwell方程微分形式

現(xiàn)在比較主流的EMC仿真軟件有ANSYS系列和CST系列


EMC仿真可以得出精確的結(jié)果



3、EMC三要素
要想解決電磁兼容問(wèn)題，需要從三個(gè)要點(diǎn)處著手，EMC問(wèn)題萬(wàn)變不離其宗的三要素：
干擾源，產(chǎn)生干擾的電路或設(shè)備。
優(yōu)化設(shè)備的電氣架構(gòu)，選用合適的電子元器件，降低設(shè)備的功率。
傳輸途徑（耦合途徑），能夠?qū)⒏蓴_產(chǎn)生的干擾能量傳遞到敏感源的路徑。屏蔽干擾源設(shè)備和相關(guān)線束，增加線束濾波，合理規(guī)劃線束。
敏感設(shè)備，受干擾的電路或設(shè)備。高壓系統(tǒng)，每一個(gè)依靠波形控制的高壓電器，如果受到電磁干擾，可能輸出錯(cuò)誤的控制信號(hào)。低壓系統(tǒng)，比如整車控制器VCU、CAN通訊系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)BMS（尤其開關(guān)觸發(fā)電路和傳感器），能量管理單元，制動(dòng)控制器等等，幾乎每一個(gè)具備控制調(diào)節(jié)功能的電氣都是敏感源。
減小設(shè)備接收干擾的面積，增大設(shè)備到干擾源的距離。選取合適的地，就近接地。對(duì)于敏感頻段加強(qiáng)濾波設(shè)計(jì)。


干擾源、傳播途徑和敏感源， 三要素中任何一個(gè)條件被控制，系統(tǒng)的抗電磁干擾性能都將得到改善。



抑制干擾方法有三類：屏蔽，濾波和搭鐵
屏蔽，主要解決輻射干擾，防止干擾源向周圍環(huán)境傳播干擾或者被環(huán)境中的電磁信號(hào)干擾。屏蔽的效果與屏蔽層材料，屏蔽層厚度，環(huán)境中的信號(hào)類型、信號(hào)強(qiáng)度，屏蔽層的完整性等因素有關(guān)。
濾波，主要解決傳導(dǎo)干擾，通過(guò)電路傳導(dǎo)的干擾，無(wú)法依靠屏蔽手段避免，只有在電路中設(shè)置濾波裝置。濾波器的參數(shù)設(shè)置與被保護(hù)回路及干擾源的頻率有直接關(guān)系，可以根據(jù)兩者之間的差距選擇濾波器類型和參數(shù)。動(dòng)力系統(tǒng)中的導(dǎo)線，具有很強(qiáng)的天線特性，既可以接收外來(lái)干擾信號(hào)，也可以發(fā)射干擾信號(hào)到環(huán)境中。
搭鐵，是針對(duì)共模干擾采取的抑制措施，聯(lián)通干擾源與系統(tǒng)地，可以減小干擾信號(hào)的電流或者電壓。但并不是直接使用導(dǎo)線連接就能完全起到抗干擾的作用，接地的效果與接地模式密切相關(guān)。不合適的接地，反而會(huì)將汽車搭鐵系統(tǒng)中的干擾信號(hào)傳輸給原本屏蔽措施非常完善的系統(tǒng)。
屏蔽，同時(shí)實(shí)現(xiàn)阻斷傳播通道和消滅干擾源或者敏感源的目的；濾波，基于阻斷傳播通道的理論；搭鐵，基于消滅干擾源理論。
4、EMC測(cè)試及新標(biāo)準(zhǔn)
針對(duì)電動(dòng)汽車的電磁兼容，國(guó)際上制定出嚴(yán)格的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。汽車EMC的標(biāo)準(zhǔn)，包括整車、零部件、IC的EMC標(biāo)準(zhǔn)。
整車EMC測(cè)試及標(biāo)準(zhǔn)包括：
整車對(duì)外干擾，整車輻射干擾；整車抗干擾，整車輻射抗干擾。



零部件EMC測(cè)試：零部件對(duì)外干擾，零部件抗干擾，


▲輔助變頻器EMC測(cè)試
芯片EMC測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)
芯片中傳導(dǎo)發(fā)射和傳導(dǎo)干擾注入（DPI）是IC比較常見(jiàn)的測(cè)試。
每個(gè)整車廠都有自己的標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)試項(xiàng)大同小異，測(cè)試限值稍有不同
國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車發(fā)展迅猛，但就電動(dòng)汽車各個(gè)部件的EMC而言，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的完善程度，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上技術(shù)進(jìn)步的需求。目前國(guó)內(nèi)基本上所有與新能源汽車相關(guān)的動(dòng)力部件都是按照GB/T 18655-2010來(lái)進(jìn)行傳導(dǎo)和輻射的測(cè)試。
今年6月份，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)發(fā)布了《電動(dòng)汽車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)電磁兼容性要求和試驗(yàn)方法》，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為GB/T 36282-2018，該標(biāo)準(zhǔn)將于2019年1月1號(hào)開始實(shí)施。
這個(gè)新標(biāo)準(zhǔn)，包含了輻射發(fā)射（分為寬帶、窄帶試驗(yàn)，參考GB/T 18655），輻射抗擾度（分為BCI大電流注入和ALSE電波暗室法，分別參考ISO 11452-4和ISO 11452-2），電源線瞬態(tài)傳導(dǎo)抗擾度（參考ISO 7637-2）以及靜電放電抗擾度（參考ISO 10605）。
這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，與以往的汽車電子的標(biāo)準(zhǔn)，都不太一樣，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)將輻射，大電流注入，輻射抗擾度，脈沖抗擾度，以及靜電等多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)提出的內(nèi)容，提取出來(lái)，針對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，合并到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)上了，所以說(shuō)這是一個(gè)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。
新標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布，很大程度上會(huì)加速完善和提高國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)部件的EMC測(cè)試水平，給該領(lǐng)域EMC從業(yè)者一個(gè)更加明確的努力方向。這是新能源從業(yè)者的一個(gè)挑戰(zhàn)，同時(shí)也是機(jī)遇。
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