针对新能源车电驱系统及高压零部件的电磁兼容新标准(2)

JIGONG的微测 2018-12-01 16:56

本文是以前写过的《对新能源车电驱系统及高压零部件的电磁兼容新标准(1)》的续集,讨论一下标准所规定的脉冲A及其测试。


由于新能源车大量采用了电气设备,对EMC的要求比传统的燃油车要更高,尤其是对关系到安全的抗扰度的要求。ISO/TC22/SC32(电气和电子部件以及通用系统分委员会)近年来讨论并制定了针对新能源车的EMC标准ISO 7637-4《道路车辆  由传导和耦合引起的电骚扰 第4部分:沿屏蔽高压电源线的电瞬态传导》,该标准规定了新能源车上的沿屏蔽高压电源线的电瞬态传导测试方法和限值,适用于电压大于DC60V,小于DC1500V的电气系统。这个标准经历过一段时间的讨论之后,目前已陆续被一些车企和EMC认证机构开始采用。


该标准针对新能源车上的沿屏蔽高压电源线的电瞬态传导抗扰度测试规定了三种测试脉冲以及测试方法和参数值,分别为Pulse A,Pulse B,Pulse C,标准的目录如图2所示。


图1:标准ISO 7637-4的目录


  • 电压纹波/矩形电压扰动脉冲A的波形及参数:

通常由于电动系统中IGBT的大电流快速切换或者DC-DC转换器所引起,例如在发动机系统的IGBT级或DC-DC-转换器中。这种电压纹波会产生共模(HV+或/和HV-对地)和差模干扰(HV+到HV-)。标准定义了模拟这种瞬态干扰的脉冲波形A及其参数,如图2所示。

图2:测试脉冲A


图中:

  • 脉冲A的上升时间Tr<1us, 下降时间Tf<1us;

  • 脉冲A的重复周期变化范围为3.3~33us和33~333us;

  • Un为被测物的正常工作电压;

  • Upp为测试脉冲的电压峰峰值,具体值参照测试等级;


  • 脉冲A的测试参数:

标准针对脉冲A规定了测试频率范围和对应的测试等级,如表1所示。

表1:脉冲A的测试参数


  • 测试电平是在不接负载时标定的;

  • III级以上的开放等级由车辆制造商和供应商决定;

  • 根据不同产品的切换频率,测试频率范围也可改为1 kHz – 20 kHz 和 20 kHz – 300 kHz;

  • 建议对商用车进行250Vpp的测试;


  • 标准对脉冲A模拟器的要求:

  • 频率范围:1 k Hz 到 300 kHz ,占空比50%;

  • 频率变化步长:1KHz 和 10KHz;

  • 输出阻抗 :≤ 0.5 Ω 

  • 开路时的上升时间Tr<1us, 下降时间Tf<1us;

  • 路时的上升时间Tr<2.5us, 下降时间Tf<2.5us;

  • 电流能力:≥ 32 A (rms), ≥ 70 A(peak); 


  • 差模脉冲A抗扰测量设置:

标准规定了针对HV+和HV-线束之间进行差模脉冲A抗扰测试的设置,要用到脉冲A模拟器等设备,如图3所示。

图3:对HV+和HV-线束之间进行脉冲A抗扰测试的布置 


图中:

  1. 带屏蔽或带滤波的高压电源;

  2. 针对高压电池组的负载;

  3. 带屏蔽的人工电源网络;

  4. 被测对象DUT;

  5. 地平面;

  6. 高压电源线;

  7. 接地连接;

  8. 50 Ω端接;

  9. 脉冲A模拟器;

  10. 耦合电容;

  11. 数字示波器;

  12. 高压差分探头。


  • 对脉冲A波形和参数的验证:

由于不同的被测物的阻抗可能是不一样的,不同的阻抗会直接影响脉冲A实际的波形。为了找到与实际车辆更好的一致性,建议在实际测试前先使用HV-AN对测试脉冲A进行验证。这个设置如图4所示。实际车辆的线束由两个符合ISO7637-4的HV-AN替代。


图4:对脉冲A进行差模测试的验证


图中的3为一对符合ISO7637-4的高压人工电源网络,图中的5为脉冲A模拟器,图中的6为验证波形及其参数的数字示波器,图中的7为测试用的100 Ω负载。通过这些设置,就可对脉冲A的不同频率,不同输出幅度的信号进行实际测试。


  • ISO7637-4所用的高压人工电源网络

IISO7637-4是一个新标准,这个标准所针对的是高压线路上的干扰发射以及抗干扰的测试,它所需的人工电源网络HV-AN必须是能承受高电压大电流的,要求的频响范围是100KHz到100MHz,符合ISO7637-4的HV-AN的电路以及对R,L,C参数的要求如图5所示。

图5:符合ISO7637-4的HV-AN的电路


其中:

  1. 被测物端口

  2. 高压电源端口

  3. 干扰测量端口

  4. L1=5 μH

  5. C1=0,1 μF,C2=0,1 μF;

  6. R1=1 kΩ,R2=1 MΩ 


在进行符合ISO7637-4的干扰发射和抗干扰测试时,需要一对这样的HV-AN。符合ISO7637-4的要求的HV-AN已有实际产品,比如一款型号为HV-AN150,属于一机多用,通过跳线连接,一个即可支持目前的所有常用军民标标准,如图6所示,它的具体指标如表2所示。

图6:一机多用的HV-AN 150


表2:HV-AN150的具体参数


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JIGONG的微测 毕业于哈尔滨工业大学,在电子设计和测量领域近30年,一直在学习,一直还没学透。在这里,不玩儿所谓的“高大上”,玩儿玩儿“接地气”,通过原创“微测”,与大家共同探讨,交流,分享有关当代电子类产品的测量技术,方法和知识
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