一種電動(dòng)車異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器的濾波電路及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電動(dòng)車異步電機(jī)控制器的濾波電路及方法，該濾波電路包括控制電源濾波電路、動(dòng)力電源濾波電路和CAN通信總線濾波電路，控制電源濾波電路用于將輸入的弱電電源進(jìn)行濾波處理后接入控制電路；動(dòng)力電源濾波電路用于抑制動(dòng)力輸入電源尖峰電壓，同時(shí)抑制功率回路對(duì)動(dòng)力輸入電源引入的干擾；CAN通信總線濾波電路用于對(duì)通信信號(hào)的高頻電磁噪聲進(jìn)行濾波以及靜電保護(hù)；該方法可有效提高各功能單元的電磁兼容能力，可將電壓尖峰在吸收的同時(shí)被消耗掉，提高濾波器件的可靠性，還可抑制電壓尖峰對(duì)后級(jí)功率器件造成損害，有效抑制功率回路對(duì)強(qiáng)電電源引入的傳導(dǎo)騷擾；電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，電磁兼容方案簡(jiǎn)單、可靠性高，成本低。
【專利說明】—種電動(dòng)車異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器的濾波電路及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及到濾波技術(shù)，特別是涉及到一種電動(dòng)車異步電機(jī)控制器的濾波電路及方法。

【背景技術(shù)】
[0002]電動(dòng)車用電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器作為電動(dòng)汽車的核心零部件之一，在滿足功能和性能要求的同時(shí)，還必須具有安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行的特點(diǎn)。電動(dòng)車上車載電氣設(shè)備多，并且與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車不同之處在于，電動(dòng)車是屬于強(qiáng)電的應(yīng)用場(chǎng)合，這些應(yīng)用導(dǎo)致電動(dòng)車上強(qiáng)弱電耦合存在，車上電磁環(huán)境復(fù)雜。所以電氣設(shè)備的電磁兼容能力顯得尤為重要，尤其是針對(duì)于車用電機(jī)控制器而言，作為電動(dòng)車的動(dòng)力設(shè)備，其電磁兼容能力不僅是車用電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器可靠運(yùn)行的前提，更是電動(dòng)車安全運(yùn)行的保證。所以，對(duì)電動(dòng)車用電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器進(jìn)行電磁兼容設(shè)計(jì)就尤為重要。
[0003]電動(dòng)車用電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器是一個(gè)集合了動(dòng)力電源、控制電源以及CAN總線通信于一體的電氣設(shè)備?？刂齐娫礊榭刂齐娐愤M(jìn)行供電，當(dāng)控制電源受到干擾，會(huì)造成控制電路的不正常工作，控制電源中含有的尖峰電壓甚至?xí)斐煽刂齐娐分行酒臍?，?dǎo)致車用電機(jī)控制器設(shè)備損壞，甚至造成其他車載設(shè)備的不正常工作，危及電動(dòng)車的行車安全；車用電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器的CAN通信總線用于接收來自于其他車載設(shè)備的指令以及向總線傳遞自己當(dāng)前狀態(tài)，當(dāng)信號(hào)受到干擾，指令會(huì)被解析錯(cuò)誤，在設(shè)備運(yùn)行過程中，錯(cuò)誤的指令造成控制錯(cuò)誤，尤其是當(dāng)電動(dòng)車輛在高速運(yùn)行時(shí)，控制錯(cuò)誤將嚴(yán)重危及行車安全以及造成人身傷害；同樣的，動(dòng)力電源中帶有的尖峰毛刺將會(huì)造成功率器件的不可恢復(fù)傷害，導(dǎo)致設(shè)備損壞。目前，由于電動(dòng)車處于初步階段，對(duì)車用電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器的電磁兼容設(shè)計(jì)還沒有很完備的解決方案。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明旨在提供一種電動(dòng)車異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器的濾波電路及方法，規(guī)避電磁干擾對(duì)車用電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器造成的不良影響以及車用電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器本身帶來的傳導(dǎo)干擾，通過對(duì)控制電源、動(dòng)力電源和CAN總線進(jìn)行針對(duì)性的濾波設(shè)計(jì)，提高車用電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器的電磁兼容能力，使其安全可靠的運(yùn)行。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種電動(dòng)車異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器的濾波電路，其特征在于包括:
控制電源濾波電路，一端接入控制電源的輸入，另一端連接至控制電路的電源輸入接口，所述控制電源濾波電路用于將輸入的弱電電源進(jìn)行濾波處理后接入控制電路，可以抑制弱電電源的尖峰電壓，濾除毛刺和噪聲，靜電保護(hù)，并抑制控制電路對(duì)輸入電源帶來的傳導(dǎo)騷擾；
動(dòng)力電源濾波電路，一端接入于動(dòng)力電源的輸入，另一端連接至功率回路的動(dòng)力電源輸入端，所述動(dòng)力電源濾波電路用于抑制動(dòng)力輸入電源尖峰電壓，同時(shí)抑制功率回路對(duì)動(dòng)力輸入電源引入的干擾；
CAN通信總線濾波電路，一端接入外部的CAN總線，另一端通過CAN接口與控制電路連接，所述CAN通信總線濾波電路用于對(duì)通信信號(hào)的高頻電磁噪聲進(jìn)行濾波以及靜電保護(hù)。
[0006]所述控制電源濾波電路包括TVS管(瞬變電壓抑制二極管)、壓敏電阻、X電容、共模扼流圈以及EMI濾波器(電磁干擾濾波器)。此處的X電容、共模扼流圈和EMI濾波器組合實(shí)現(xiàn)對(duì)共模信號(hào)和差模信號(hào)的抑制，其截至頻率分別表示為:
共模信號(hào)截至頻率:

【權(quán)利要求】
1.一種電動(dòng)車異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器的濾波電路，其特征在于包括: 控制電源濾波電路，一端接入控制電源的輸入，另一端連接至控制電路的電源輸入接口，所述控制電源濾波電路用于將輸入的弱電電源進(jìn)行濾波處理后接入控制電路，可以抑制弱電電源的尖峰電壓，濾除毛刺和噪聲，靜電保護(hù)，并抑制控制電路對(duì)輸入電源帶來的傳導(dǎo)騷擾； 動(dòng)力電源濾波電路，一端接入于動(dòng)力電源的輸入，另一端連接至功率回路的動(dòng)力電源輸入端，所述動(dòng)力電源濾波電路用于抑制動(dòng)力輸入電源尖峰電壓，同時(shí)抑制功率回路對(duì)動(dòng)力輸入電源引入的干擾； CAN通信總線濾波電路，一端接入外部的CAN總線，另一端通過CAN接口與控制電路連接，所述CAN通信總線濾波電路用于對(duì)通信信號(hào)的高頻電磁噪聲進(jìn)行濾波以及靜電保護(hù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電動(dòng)車異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器的濾波電路，其特征在于:所述控制電源濾波電路包括TVS管、壓敏電阻、X電容、共模扼流圈以及EMI濾波器；所述X電容、共模扼流圈和EMI濾波器組合實(shí)現(xiàn)對(duì)共模信號(hào)和差模信號(hào)的抑制，其截至頻率分別表示為:
f — 1 共模信號(hào)截至頻率,, U7~T~~ 差樹H 號(hào)觀步牌:“+LdXC1 +Crf) 上述公式中，^為共模扼流圈的電感量，為EMI濾波器的電感量，Cji為EMI濾波器的X電容值，cw為EMI濾波器的Y電容值，Q為X電容的電容值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電動(dòng)車異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器的濾波電路，其特征在于:控制電源接入控制電源濾波電路后，TVS管、壓敏電阻和X電容均依次跨接在控制電源輸入的正負(fù)極，然后接入共模扼流圈的輸入側(cè)，共模扼流圈的輸出側(cè)接入EMI濾波器的輸入側(cè)，最后接入控制電路的電源端口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電動(dòng)車異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器的濾波電路，其特征在于:所述動(dòng)力電源濾波電路包括功率電阻、X電容以及Y電容，動(dòng)力電源接入后，跨接功率電阻，跨接的功率電阻起到泄放電阻的作用，以保證斷電后控制器能快速的將剩余的強(qiáng)電消耗，X電容跨接于強(qiáng)電的正負(fù)極兩端，Y電容的一端分別于正極與負(fù)極連接，Y電容的另一端接控制器機(jī)殼；x電容和Y電容除了吸收尖峰電壓的功能外，同時(shí)具有抑制主回路對(duì)動(dòng)力電源引入的干擾，其抑制的原理表現(xiàn)為:
f—- , I 共模信號(hào)截至頻率:2π L 2c^cfi
'卜 +Cr2 差模信號(hào)截至頻率=g-上述公式中，Lkm為功率回路的雜散電感，C1為X電容的電容值，Cyl和Cf2為所選Y電容的容值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電動(dòng)車異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器的濾波電路，其特征在于:所述CAN通信總線濾波電路包括TVS管、穿心電容器以及π型濾波器；所述π型濾波器指π型LC型濾波網(wǎng)絡(luò)，其截止頻率為:
外部的CAN總線的兩端跨接TVS管，然后CAN總線的兩端分別接入穿心電容器，再連接η型濾波器，η型濾波器再連接到控制電路的總線接入端；所述穿心電容器的地端接控制器的機(jī)殼。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電動(dòng)車異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器的濾波電路，其特征在于:在控制電源濾波電路中:TVS管的選擇原則:額定的瞬時(shí)峰值脈沖電流/#，最大鉗位電壓值&，則瞬時(shí)脈沖功率^.— *^κρ ; 壓敏電阻的選型主要根據(jù)其壓敏電壓和功率進(jìn)行選型； 根據(jù)具體的應(yīng)用環(huán)境和相關(guān)的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)，確定共模信號(hào)和差模信號(hào)的截止頻率，當(dāng)已知共模信號(hào)和差模信號(hào)的截止頻率時(shí)，X電容根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行選擇，根據(jù)不同的電壓選擇不同的X電容類型； EMI濾波器內(nèi)部Y電容確定原則:
其中冬力對(duì)地漏電流，一般桑為0.15mA, Vm為電源電壓，/,電源開關(guān)頻率； 當(dāng)Y電容值確定，則電感和EMI濾波器的X電容設(shè)計(jì)如下:
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式,共模扼流圈電感和EMI電感的值。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電動(dòng)車異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器的濾波電路，其特征在于:在動(dòng)力電源濾波電路中: 功率電阻的選擇根據(jù)母線電壓的最大值進(jìn)行選擇； 根據(jù)具體的開關(guān)頻率和相關(guān)電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)，確定共模和差模信號(hào)的截止頻率，當(dāng)已知共模和差模信號(hào)的截止頻率時(shí)，X電容和Y電容的計(jì)算原則如下:
上式中，Loss為功率回路的雜散電感，其具體的值根據(jù)電力電子仿真和實(shí)際功率回路結(jié)構(gòu)進(jìn)行確定。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電動(dòng)車異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器的濾波電路，其特征在于:在CAN通信總線濾波電路中: TVS管的選擇原則:額定的瞬時(shí)峰值脈沖電流Ipp，最大鉗位電壓值Vc，則瞬時(shí)脈沖功率的表達(dá)式為pm=Vc*Ipp;穿心電容器和η型濾波器網(wǎng)絡(luò)中LC參數(shù)的確定都是采用經(jīng)驗(yàn)值。
9.與權(quán)利要求1-8中任意一項(xiàng)所述的一種電動(dòng)車異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器的濾波電路對(duì)應(yīng)的濾波方法，其特征在于: 控制電源接入控制電源濾波電路后，TVS管用于吸收電壓尖峰、靜電放電、群脈沖以及浪涌電壓的能量，保證后級(jí)電路不被影響，壓敏電阻作為TVS管吸收的能量的泄放通道，然后控制電源接入到由X電容、共模扼流圈和EMI濾波器構(gòu)成的電路，通過該電路對(duì)輸入的控制電源進(jìn)行濾波，同時(shí)防止控制電路的傳導(dǎo)騷擾； 動(dòng)力電源接入動(dòng)力電源濾波電路后，動(dòng)力電源的正負(fù)極兩端跨接功率電阻和X電容；當(dāng)控制器斷電后，功率電阻用于快速泄放剩余的強(qiáng)電，X電容用于吸收動(dòng)力電源輸入帶來的尖峰電壓，保護(hù)后級(jí)功率器件的安全；同時(shí)，X電容和Y電容的組合電路用于抑制功率回路給動(dòng)力電源引入的傳導(dǎo)騷擾； 外部的CAN總線接入CAN通信總線濾波電路后，跨接的TVS管用于保護(hù)靜電，接入的穿心電容器用于抑制高頻電磁噪聲，接入的π型濾波器用于抑制CAN通信總線上的耦合電磁干擾。
【文檔編號(hào)】H02M1/14GK104135142SQ201410365068
【公開日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年7月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月29日
【發(fā)明者】伍澤東, 任亞輝, 況明偉, 舒軍, 鄭剛 申請(qǐng)人:中國東方電氣集團(tuán)有限公司