新能源電動車電機驅動信號導體面積需要受控！

原理解讀

  圖1是電動車電機驅動器的EMI問題的基本原理圖。

圖1   電動車電機驅動器的EMI問題基本原理圖

按圖1所示，電機驅動器的EMI共模電流主要有兩種,即圖中的ICOM1和ICOM2。

共模電流ICOM1是因為動力電機的驅動信號電纜線與參考接地板之間的寄生電容CP2，導致UVW信號通過該寄生電容傳遞至參考接地板，再由產品中所有與參考接地板之間的回路，包括EMI測試時高壓直流線與參考接地板之間所連接的LISN裝置,終回到驅動電機UVW信號的功率地。

共模電流ICOM2是因為動力電機的驅動信號線在殼體內部與殼體之間的寄生電容CP1，導致UVW信號通過該寄生電容傳遞殼體，并從殼體與參考接地板之間的接地線，傳遞至參考接地板，再由產品中所有與參考接地板之間的回路，包括EMI測試時高壓直流線與參考接地板之間的LISN,終回到驅動電機UVW信號的功率地。

按以上分析，C_P1和C_P2的大小對流過LISN和高壓線束的共模電流大小影響很大，而流過LISN的共模電流就是傳導騷擾，流過高壓線束的共模電流就是輻射騷擾（高壓線束猶如等效發射天線）。可見，降低寄生電容C_P1和C_P2的值是降低傳導騷擾和輻射騷擾的重要措施。

就寄生電容C_P1來說，其大小與UVW信號所在導體的面積、UVW信號與機殼之間的距離有關。

理論計算公式是：Cp ≈ 0.1 × S / H

其中：

Cp:寄生電容[pF]

S:信號導體的等效面積[cm2]

H:高度[cm]

為了減小C_P1，以下結論是顯而易見的：

1、UVW的導體長度要短；

2、UVW的導體寬度要窄；

3、UVW信號的導體與殼體之間應該有功率地的地平面

然而為什么UVW信號的導體與殼體之間應該有功率地的地平面呢？請看圖2。圖2是表達UVW信號與參考接地板之間的分布電容的原理圖，圖中UVW信號導體與參考接地板之間無其它導體，即形成較大的寄生電容。

圖2 UVW信號與參考接地板之間的分布電容

當UVW信號導體下方存在地平面時，UVW信號導體與參考接地板之間的寄生電容如圖3所示。

圖3 鋪設地平面后的寄生電容

  圖3中可以看出，因為地平面“隔離”了分布在UVW信號導體與參考接地板之間的電場，所以UVW信號導體與參考接地板之間寄生電容也減少（電容的定義是單位電壓下的電荷儲存量）。

總結與思考

1. 高dv/dt的導體或器件與參考接地板之間的容性耦合，是產生EMI問題的重要因素，也是EMC風險評估技術中風險要素之一；

2. 產品設計是一定要保證高dV/dt的信號導體（如UVW信號、時鐘信號）面積小。在電動車電機驅動器中，實際上是要求：

   1）IGBT安裝在UVW信號在機箱的出口處，便于保證長度短；

   2）銅排的寬度在滿足通流量的情況下保持小。

3. 高dv/dt的信號導體（如UVW信號、時鐘信號等）的下方存在地平面（若是PCB，則鋪設地平面；若采用銅排，則用疊層母排）。像電機驅動器，其UVW信號還會以電纜的形式延伸至殼體之外，這時降低寄生電容的方法就對電纜進行屏蔽處理；

4. 當高dv/dt的信號導體在PCB中布置時，印制線或器件杜絕放置在PCB板的邊緣。如果設計中由于其它原因一定要布置在PCB板邊緣，那么可以在印制線邊上再布一根工作地（GND）線，并通過過孔將此工作地（GND）線與工作地（GND）平面相連；

5. 消除一種誤解：不要認為輻射是UVW信號導體直接造成的，事實上UVW信號導體個體較小，它直接影響的是近場輻射（表現為UVW信號導體與其它導體（如參考接地板）之間形成的寄生電容），造成遠場輻射的直接因素是電纜或產品中大尺寸與輻射頻率波長可以比擬的導體。