中心议题：
* 驱动系统、线路部分和控制板的emc设计
* 整车联合调试时现场采取的emc措施
1 引言
can是控制网络control area network的简称，最早由德国bosch公司推出，用于汽车内部测量与执行部件之间的数据通信。由于can总线具有造价低廉、传输速率高、安全可靠性高、纠错能力强、实时性好等优点，因而广泛应用于工业现场。但是随着电动车和混合动力车的出现，以及汽车电气系统的迅速增加，频率的不断提高，汽车电磁兼容问题的重要性日益显现出来。
can总线系统由一系列网络节点通过总线相互连接组成，总线可看作是接收和发射电磁能量的天线，充当能量耦合的环节，网络节点既是干扰源又是被干扰对象。由此可知，影响can总线系统emc的两个要素是:线束的emc耦合和网络节点的emc。
目前，世界上发达国家对汽车电磁兼容性研究已取得了一些成就，形成了一整套汽车电磁兼容体系，这主要表现在:
(1)具有完善的汽车电磁兼容的规范和标准;
(2)具有有效地对汽车整车和零部件进行电磁兼容检测、管理和认证的机构;
(3)具有高精度的汽车电磁兼容测试系统;
(4)开发出了大型的可靠的汽车电磁兼容预测、分析和设计软件;
(5)汽车电磁兼容控制技术所使用的新材料、新产品、新工艺不断出现。
从国内情况来看，由于我国汽车工业的水平比较落后，对汽车电磁兼容的重要性认识不足，因此，对电磁兼容的研究还很欠缺。
本文结合国家863项目“电动车”的现场调试对can总线的电磁兼容性进行具体的分析。
2 系统的电磁兼容分析
2.1 hev的系统框图
该系统的系统框图如图1所示。
图1 系统框图
2.2 系统的电磁兼容分析
电磁兼容性问题包含三个要素，即干扰源、敏感源和耦合路径，因此，在解决电磁兼容问题时，也要从这三个要素入手进行分析，解决电磁干扰问题的方法可简单归纳为:
(1)抑制干扰源产生的电磁干扰;
(2)切断耦合路径;
(3)提高敏感源抗干扰能力。
混合动力汽车上的电磁环境很恶劣，电机、变频器和动力电池组传输的母线电流变化比较大，特别是在变频器进行高频调制时(这也是该系统电磁兼容问题的关键所在)。而且混合动力汽车上不仅有弱电设备，还有强电设备;不仅有数字电路，还有许多模拟电路。不仅是强电设备中电流电压的变化会影响总线状态，弱电也会发生电压电流的剧烈变化(如继电器的通断)，这些都会对总线造成干扰。
整车的电系统内存在大量的感性负载，如异步电动机，其线圈在开路瞬间，都会成为一种宽频谱、大能量的瞬变干扰源，这种瞬变脉冲不仅具有浪涌性质，而且含有丰富的谐波，可能引起电子控制系统的逻辑错误。当用开关或继电器控制通断时，产生的瞬变电压干扰大约会持续1ms左右，振荡频率在1-10mhz范围，干扰耦合方式为传导耦合，通过共用电源耦合到电子系统中去。另外，变频器中还采用了很多高频开关器件，如igbt。由于采用脉宽调制技术，会产生连续的具有一定宽度和极性的高速电压脉冲信号，而这种具有跳变沿的脉冲信号会产生很强的电磁干扰。
3 驱动系统的emc设计
3.1 混合动力车电驱动部分(强电部分)
图2 混合动力车电驱动部分(强电部分)
混合动力车电驱动部分(强电部分)如图2所示。
3.2 控制板的emc设计
3.2.1 电源部分的抗干扰设计:
(1) 对can通信部分电路采用单独的隔离电源供电，防止与其他的数字信号电路部分相互干扰;
(2)在24v控制电源输入端接电源滤波器，防止从电源引入干扰;
(3)在24/5v电源模块输入输出端均接稳压电容和滤波电容，既可以稳定输出电压，又能滤除输出电压中的尖峰，优化输出电压波形;
3.2.2 线路部分的emc设计:
(1)印制电路板要合理的进行分区:数字电路部分、模拟电路部分、继电器和功率开关等干扰源部分要合理的分开，将各部分之间的耦合减到最小;
(2)数据线、地址线、控制线要尽量短，尽量减少信号的回路环面积，以降低感应噪声，在板面允许的情况下，要尽量增大线间距离，以减小线路间的互感;
(3)尽量减少过孔，pcb板正反两面的信号线相互垂直;
(4)靠近电源端的连线尽量短而粗，布线时尽量避免90°折线，在拐弯处一般取圆弧形，以减少高频噪声;
(5)采用四层板，除正反两层外，还单独设置了电源层和地层，主要是因为这样可以减小电源和地上的噪声对电路的辐射干扰;
(6)can通信的输入输出信号cantx、canrx均采用光耦6n137 进行光电隔离，干扰源虽然可产生一定大小的干扰电压，但由于其自身内阻很大，所以产生能量很小，电流很小，而光耦的发光二极管只有通过一定大小的电流时才会导通，因而，干扰就被抑制了;
(7)考虑到电源对dsp芯片的影响，给dsp输入电源加滤波电路或稳压器，减小电源噪声对dsp芯片的影响，在dsp芯片的i/o口，电源线，电路板连接线等关键地方使用抗干扰组件，如磁珠、磁环、钽电容、电源滤波器、屏蔽罩等，可显著提高电路的抗干扰性能;
(8)在给晶振布线时，不要与其他信号线交叉，要与dsp时钟输入引脚尽量靠近，并用地线把时钟区域隔离起来，晶振外壳接地并固定;
(9)对于dsp芯片闲置的输出i/o口，可以悬空，而输入i/o口不能悬空，要接地或接电源，其他芯片的闲置引脚在不改变系统逻辑的情况下应接地或接电源
3.3 主电路的emc设计:
电机驱动系统的主电路主要由功率开关管(igbt)、功率母线、支撑电容、吸收电容、以及支流接触器和继电器组成，这部分的电磁兼容性设计自然是重中之重。本设计的几个关键部分具体如下:
(1)直流侧支撑电容器的emc设计
支撑电容的作用除了可以防止直流电压突然降低对功率开关管造成冲击，稳定直流电压(滤波作用)，再一个就是降低直流母线上的电感量，这样，吸收回路才能很好的发挥作用。根据工程经验以及实际需求计算出直流侧支撑电容的大小，用四个3300μf/450v的铝电解电容并联组成，用电容支架固定，平行放置于功率开关模块上方，电容器的正负极直接连接到输入输出母线上。
(2)吸收回路的emc设计
该设计中用到的功率模块为igbt,为电压控制型功率开关，其工作频率很高，线路中很小的电感都可能在其两端产生很大的电压尖峰，设置吸收回路就是为了吸收这种尖峰。电压型功率开关管在桥式电路中的吸收电路主要有三种，如图3所示。
图3 桥式电路中的吸收电路
鉴于本设计中母线电感足够小，所以采用了第一种吸收电路，根据逆变器容量，吸收电容选取1200v/1.5μf。
3.4 机箱设计
本设计采用1mm厚的钢板做成封闭的变频器机箱，起到一个屏蔽体的作用，既可以防止内部产生的电磁干扰传出去干扰外部通信线路及其他设备，又可以防止外部电磁干扰传进来。控制板、驱动板平行放置于主电路上方，且与主电路之间用金属屏蔽板隔离。
4 整车联合调试时现场采取的emc措施
我们在前期调试变频器时，由于没有考虑其它设备，比如发电机以及电池管理部分等，这次联合调试，当把三台变频器接到can总线上时，会对其它几台设备的通信造成不小的冲击，而且冲击过后还会有几十帧的错误帧(发送信息的波形如图5a所示)。针对这种状况，我们采取了以下几种措施:
4.1 接地措施
图4 传输线路的屏蔽和接地
将三台变频器和其它各台设备分别和公共接地母线连到一起，如图4a。
注意:
(1)要用尽量短的扁平的金属编织线;接地线不能形成封闭的回路，即不能将任一台设备的接地端先接到另一台设备的接地端然后再接地。如图4b。
(2)变频器的机箱壳、电机外壳、屏蔽线的屏蔽层要接到一起。
4.2 屏蔽层
考虑到通信线路的干扰耦合，将各节点(主要是三台变频器)与总线的通信线统一改用屏蔽双绞线，并单端接地。
屏蔽层的接地端通常可选在屏蔽双绞线的任一端，本设计选在节点(即变频器)一端。双绞线既可以有较少线路向外辐射，又可以减少外来电磁干扰对传输线路的影响，绞合节距一般在15mm以下，可以通过增加单位长度内的绞合数来增强抗干扰效能。
注意:
(1)若屏蔽层不接地则有可能造成比不用屏蔽线更大的电场耦合，因为屏蔽线的屏蔽层比一般导线的面积要大得多，所以与其他线路的耦合电容也就大，耦合也就更强。
(2)一定要避免双端接地和多点接地。
4.3 通信线路的布局
通信线路尽量远离变频器的动力线以及信号线，且尽量避免平行走线，线间距不小于300mm。
4.4 传输线路滤波
在动力部分的can输出信号与总线间加∏型滤波电路，滤除传输线路上的干扰信号。
此时发送信息的波形(如图5b所示)已经很理想了。
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图(上) 冲击过后的错误帧信息波形 图(下) 加∏型滤波电路时发送信息的波形
图5 传输波形
5 结束语
综上所述，通过理论分析和实际应用，证明该设计合理可行，能够保证变频器与can总线正常通信，且不会影响到总线上的其它节点的正常通信。
