新能源汽車電驅系統標準解讀與拓展:電磁兼容性(三)

本文為臭皮匠試驗室觀點。轉載請請註明出處。

導語:這是有關電磁兼容性解讀的第三篇,前兩篇已經分析了電驅動的電磁干擾源以及干擾的分解路徑,再依據GB/T 18655-2018和相對不靠譜的GB/T 36282-2018 電磁輻射王者電驅動系統也有很多對手,它的防禦力怎麼樣呢?這次,我們還是依據在《電動汽車安全指南2019版》中提到的抗干擾性標準和2020版提到的GB/T 36282-2018對電驅動系統的抗干擾能力進行分析與相關測試標準的解釋。

新能源汽車電驅系統標準解讀與拓展:電磁兼容性(三)

我們會從以下幾個方面展開:

1. 電磁抗干擾度測試的基本理論

2. 電驅動系統抗干擾度的分析

3. 電驅動系統電磁抗干擾度測試

1. 電磁抗干擾度測試的基本理論

抗干擾度(EMS)又稱電磁敏感度,敏感度越低,抗干擾的能力越強。EMS有可以分成兩方面,分別是傳導抗擾度(Conducted Susceptibility, CS)和輻射抗擾度(Radiated Susceptibility, RS)。根據國際電工委員會(IEC)的相關標準,EMS 相關項目又包括靜電抗干擾測試(IEC61000-4-2)、電快速瞬變脈衝群抗擾度測試(IEC61000-4-4)、浪湧(衝擊)抗擾度(IEC 61000-4-5)以及射頻傳導抗擾度測試(IEC61000-4-6)等。

通常來說,抗擾度測試就是對受試設備(Equipment Under Test, EUT)在特定電磁環境中施加無用試驗信號(干擾信號)和有用試驗信號(正常工作信號)後,觀察其是否達到相應規定的水平。抗擾度測試基本原理圖如圖 1所示:

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圖 1

在測試前,EUT 是沒有任何損壞、功能完好未受任何干擾的,和正常工作時狀態基本一致。隨後慢慢加大幹擾信號的強度,當加入的干擾信號上升到一定抗擾度電平值時,便可瞭解其電磁抗擾度性能。注入干擾信號的方法很多,最為常見的有輻射和電壓、電流注入法。

那麼, 對於電驅動系統,外界的干擾源有哪些呢,是怎麼幹擾的呢,EMS的測試標準怎麼規定的呢?

2. 電驅動系統電磁抗干擾的分析

我們已經分析過電驅動系統的干擾源和干擾路徑,在EMC分析的第一篇文章《新能源電驅系統標準解讀與拓展:電磁兼容性(一)》中就提到了分析方法,同樣對於抗干擾度的分析,我們也要知道干擾源是哪些,干擾又是怎麼進入電驅動的,如圖2,我們再把電動車“干擾源”拿出來:

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圖2

車內電力電子設備種類繁多,如DC/DC、壓縮機的啟動與工作,會作為干擾源影響其它部件的正常工作,而且除了圖裡羅列的這些,外部環境的影響,如人體所帶的靜電,手持電子設備的輻射,也會作為干擾源對電驅動系統進行干擾。

在干擾耦合路徑上,干擾源通過輻射和線纜傳導的方式將干擾信號輸入電驅動系統,圖中可以發現,最直接干擾路徑的還是電源線纜和信號線。

我們瞭解干擾源和干擾路徑,就要通過試驗模擬干擾,來判斷電驅動系統抗干擾的能力。

3. 電驅動系統電磁干擾度測試

電驅動系統電磁抗干擾度測試要考慮哪些呢?我們還是先參考下《安全指南2020版》中唯一提到的GB/T36282-2018。對於電磁抗乾乾擾度,GB/T36282-2018章節5.2中給出了三種試驗方式:

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第一個,電磁輻射抗擾度,其中包括了兩種測試方法,為電波暗室法(ALSE)和大電流注入法(BCI),標準中如下:

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文中寫明測試方法也都來自另一個標準GB/T 33014,BCI規定了1-400MHz頻段抗干擾度測試,ALSE規定了400MHz以上頻段的抗干擾度測試:

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第二個,電源線瞬態傳導抗干擾度,測試標準來自GB/T 21437.2:

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第三個,靜電放電抗干擾度,標準來自於GB/T 19951:

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上述三個抗干擾試驗,分別對外界輻射干擾,低壓傳導和靜電放電干擾進行了模擬測試,似乎還少點什麼,我們再看一下《電動汽車安全指南2019版》5.5.3.2中電磁輻射抗擾性是怎麼要求的:

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不難發現,除了GB/T36282-2018所提到的測試項目,瞬態傳導抗干擾的測試還包括了信號線,試驗標準為GB/T 21437.3。 所有測試項目完全對應上節我們考慮的干擾路徑,最後這個表格是個很好的總結,可以當作電驅動抗擾度測試的條目規範。 具體的試驗方法和評判標準在每個標準文件中都有詳細介紹,這裡不再贅述。

總之,測試只是分析驗證的手段,無論分析EMI還是EMS,我們強調的還是EMC的分析的方法,這裡再回顧一下:

第一, 要明確主要干擾源;

第二, 分析干擾傳播特性、途徑以及所處的頻段;

第三, 找到相應的措施抑制干擾。

4. 展望

本篇主要分析了電驅動抗干擾度及其測試標準,《電動汽車安全指南2019版》5.5.3.2基本全面的總結了電驅動EMS測試規範,但不同的整車廠會根據整車部件的佈局及不同應用場景的考慮,會增加更多的測試項目,但具體的分析方法都是如出一轍,也是最關鍵的。後續我們會對EMC相關國內外標準進行整理總結,希望小夥伴們持續關注!


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