CN104135142A - 一种电动车异步电机驱动控制器的滤波电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动车异步电机控制器的滤波电路及方法，该滤波电路包括控制电源滤波电路、动力电源滤波电路和CAN通信总线滤波电路，控制电源滤波电路用于将输入的弱电电源进行滤波处理后接入控制电路；动力电源滤波电路用于抑制动力输入电源尖峰电压，同时抑制功率回路对动力输入电源引入的干扰；CAN通信总线滤波电路用于对通信信号的高频电磁噪声进行滤波以及静电保护；该方法可有效提高各功能单元的电磁兼容能力，可将电压尖峰在吸收的同时被消耗掉，提高滤波器件的可靠性，还可抑制电压尖峰对后级功率器件造成损害，有效抑制功率回路对强电电源引入的传导骚扰；电路结构简单，电磁兼容方案简单、可靠性高，成本低。

Description

一种电动车异步电机驱动控制器的滤波电路及方法

技术领域

本发明涉及到滤波技术，特别是涉及到一种电动车异步电机控制器的滤波电路及方法。

背景技术

电动车用电机驱动控制器作为电动汽车的核心零部件之一，在满足功能和性能要求的同时，还必须具有安全、可靠、稳定运行的特点。电动车上车载电气设备多，并且与传统内燃机汽车不同之处在于，电动车是属于强电的应用场合，这些应用导致电动车上强弱电耦合存在，车上电磁环境复杂。所以电气设备的电磁兼容能力显得尤为重要，尤其是针对于车用电机控制器而言，作为电动车的动力设备，其电磁兼容能力不仅是车用电机驱动控制器可靠运行的前提，更是电动车安全运行的保证。所以，对电动车用电机驱动控制器进行电磁兼容设计就尤为重要。

电动车用电机驱动控制器是一个集合了动力电源、控制电源以及CAN总线通信于一体的电气设备。控制电源为控制电路进行供电，当控制电源受到干扰，会造成控制电路的不正常工作，控制电源中含有的尖峰电压甚至会造成控制电路中芯片的毁坏，导致车用电机控制器设备损坏，甚至造成其他车载设备的不正常工作，危及电动车的行车安全；车用电机驱动控制器的CAN通信总线用于接收来自于其他车载设备的指令以及向总线传递自己当前状态，当信号受到干扰，指令会被解析错误，在设备运行过程中，错误的指令造成控制错误，尤其是当电动车辆在高速运行时，控制错误将严重危及行车安全以及造成人身伤害；同样的，动力电源中带有的尖峰毛刺将会造成功率器件的不可恢复伤害，导致设备损坏。目前，由于电动车处于初步阶段，对车用电机驱动控制器的电磁兼容设计还没有很完备的解决方案。

发明内容

本发明旨在提供一种电动车异步电机驱动控制器的滤波电路及方法，规避电磁干扰对车用电机驱动控制器造成的不良影响以及车用电机驱动控制器本身带来的传导干扰，通过对控制电源、动力电源和CAN总线进行针对性的滤波设计，提高车用电机驱动控制器的电磁兼容能力，使其安全可靠的运行。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种电动车异步电机驱动控制器的滤波电路，其特征在于包括：

控制电源滤波电路，一端接入控制电源的输入，另一端连接至控制电路的电源输入接口，所述控制电源滤波电路用于将输入的弱电电源进行滤波处理后接入控制电路，可以抑制弱电电源的尖峰电压，滤除毛刺和噪声，静电保护，并抑制控制电路对输入电源带来的传导骚扰；

动力电源滤波电路，一端接入于动力电源的输入，另一端连接至功率回路的动力电源输入端，所述动力电源滤波电路用于抑制动力输入电源尖峰电压，同时抑制功率回路对动力输入电源引入的干扰；

CAN通信总线滤波电路，一端接入外部的CAN总线，另一端通过CAN接口与控制电路连接，所述CAN通信总线滤波电路用于对通信信号的高频电磁噪声进行滤波以及静电保护。

所述控制电源滤波电路包括TVS管（瞬变电压抑制二极管）、压敏电阻、X电容、共模扼流圈以及EMI滤波器（电磁干扰滤波器）。此处的X电容、共模扼流圈和EMI滤波器组合实现对共模信号和差模信号的抑制，其截至频率分别表示为：

共模信号截至频率：                                                

差模信号截至频率：

上述公式中，为共模扼流圈的电感量，为EMI滤波器的电感量，为EMI滤波器的X电容值，为EMI滤波器的Y电容值，为X电容的电容值。

控制电源接入控制电源滤波电路后，TVS管、压敏电阻和X电容均依次跨接在控制电源输入的正负极，然后接入共模扼流圈的输入侧，共模扼流圈的输出侧接入EMI滤波器的输入侧，最后接入控制电路的电源端口。

所述动力电源滤波电路包括功率电阻、X电容以及Y电容，动力电源接入后，跨接功率电阻，跨接的功率电阻起到泄放电阻的作用，以保证断电后控制器能快速的将剩余的强电消耗，X电容跨接于强电的正负极两端，Y电容的一端分别于正极与负极连接，Y电容的另一端接控制器机壳；X电容和Y电容除了吸收尖峰电压的功能外，同时具有抑制主回路对动力电源引入的干扰，其抑制的原理表现为：

共模信号截至频率：   

差模信号截至频率：   

上述公式中，为功率回路的杂散电感，为X电容的电容值，和为所选Y电容的容值。

所述CAN通信总线滤波电路包括TVS管、穿心电容器以及π型滤波器；所述π型滤波器指π型LC型滤波网络，其截止频率为：

外部的CAN总线的两端跨接TVS管，然后CAN总线的两端分别接入穿心电容器，再连接π型滤波器，π型滤波器再连接到控制电路的总线接入端；所述穿心电容器的地端接控制器的机壳。

和上述滤波电路对应的滤波方法，其特征在于：

控制电源接入控制电源滤波电路后，TVS管用于吸收电压尖峰、静电放电、群脉冲以及浪涌电压的能量，保证后级电路不被影响，压敏电阻作为TVS管吸收的能量的泄放通道，然后控制电源接入到由X电容、共模扼流圈和EMI滤波器构成的电路，通过该电路对输入的控制电源进行滤波，同时防止控制电路的传导骚扰；

动力电源接入动力电源滤波电路后，动力电源的正负极两端跨接功率电阻和X电容；当控制器断电后，功率电阻用于快速泄放剩余的强电，X电容用于吸收动力电源输入带来的尖峰电压，保护后级功率器件的安全；同时，X电容和Y电容的组合电路用于抑制功率回路给动力电源引入的传导骚扰；

外部的CAN总线，因其通信频率高，电磁噪声干扰影响大，接入CAN通信总线滤波电路后，跨接的TVS管用于保护静电，接入的穿心电容器用于抑制高频电磁噪声，接入的π型滤波器用于抑制CAN通信总线上的耦合电磁干扰。

控制电源滤波电路中：

TVS管的选择原则：额定的瞬时峰值脉冲电流，最大钳位电压值，则瞬时脉冲功率；

压敏电阻的选型主要根据其压敏电压和功率进行选型；

根据具体的应用环境和相关的电磁兼容标准，确定共模信号和差模信号的截止频率，当已知共模信号和差模信号的截止频率时，X电容根据经验进行选择，根据不同的电压选择不同的X电容类型；

EMI滤波器内部Y电容确定原则：

其中，为对地漏电流，一般为0.15mA，为电源电压，电源开关频率；

当Y电容值确定，则电感和EMI滤波器的X电容设计如下：

根据经验公式，共模扼流圈电感和EMI电感的值：

动力电源滤波电路中：

功率电阻的选择根据母线电压的最大值进行选择；

根据具体的开关频率和相关电磁兼容标准，确定共模和差模信号的截止频率，当已知共模和差模信号的截止频率时，X电容和Y电容的计算原则如下：

上式中，为功率回路的杂散电感，其具体的值根据电力电子仿真和实际功率回路结构进行确定。

CAN通信总线滤波电路中：

TVS管的选择原则：额定的瞬时峰值脉冲电流，最大钳位电压值，则瞬时脉冲功率的表达式为：；穿心电容器和π型滤波器网络中LC参数的确定都是采用经验值。

本发明的有益效果是：

1、将控制电源、动力电源和CAN通信总线采用不同方式的滤波设计，有效的提高了各功能单元的电磁兼容能力；

2、采用TVS管和压敏电阻的组合，可以将电压尖峰在吸收的同时被消耗掉，提高滤波器件的可靠性；

3、在动力电源加入滤波电路，有效的抑制电压尖峰对后级功率器件造成损害，使得功率器件的可靠性提高，同时能有效抑制功率回路对强电电源引入的传导骚扰；

4、在功率回路加入功率电阻泄放通道，保证控制器在断电时，剩余强电快速泄放，保证主回路的安全以及人身安全；

5、使用了少量的电子器件和简单的电路结构，电磁兼容方案简单、可靠性高，成本低。

附图说明

图1是本发明的滤波电路的示意图

图2是本发明的控制电源滤波电路的示意图

图3是本发明的动力电源滤波电路的示意图

图4是本发明的CAN总线滤波电路的示意图。

具体实施方式

如图1所示，电机驱动控制器用于城市公交纯电动大巴车上。车用控制器控制一台额定功率为100kW，最高功率为250kW的交流异步电机。其中，控制电源电压为24V，动力电源电压为576V，CAN通信总线接入车上的CAN总线上，用于和整车控制器进行通信；

如图2所示，控制电源滤波电路中，TVS管选用的是30V耐压的双极性TVS管SA30CA，采用4只压敏电阻20K560，两两并联后串联跨接在电源正负极，X电容选用X1电容，型号为CTX155K300VP275，1.5uf/300VAC，共模扼流圈的电感量为1mH，EMI滤波器的型号为JDNF210A1。

如图3所示，动力电源滤波电路中，泄放通道选用2只3K/30W的功率电阻串联后连接于动力电源正负极，X电容的规格为X2/275VAC/2.2uf±10%，两只并联，Y电容的连接方式如图所示，规格为B32021A3102M。

如图4所示，CAN通信总线滤波电路中，TVS管选用的是18V耐压的双极性TVS管SA18CA，穿心电容型号为NFM21PC105B1C3D ，π型滤波器网络中，电感值为10uH，电容为33pF。 

Claims (9)

1.一种电动车异步电机驱动控制器的滤波电路，其特征在于包括：

控制电源滤波电路，一端接入控制电源的输入，另一端连接至控制电路的电源输入接口，所述控制电源滤波电路用于将输入的弱电电源进行滤波处理后接入控制电路，可以抑制弱电电源的尖峰电压，滤除毛刺和噪声，静电保护，并抑制控制电路对输入电源带来的传导骚扰；

动力电源滤波电路，一端接入于动力电源的输入，另一端连接至功率回路的动力电源输入端，所述动力电源滤波电路用于抑制动力输入电源尖峰电压，同时抑制功率回路对动力输入电源引入的干扰；

CAN通信总线滤波电路，一端接入外部的CAN总线，另一端通过CAN接口与控制电路连接，所述CAN通信总线滤波电路用于对通信信号的高频电磁噪声进行滤波以及静电保护。

2.根据权利要求1所述的一种电动车异步电机驱动控制器的滤波电路，其特征在于：所述控制电源滤波电路包括TVS管、压敏电阻、X电容、共模扼流圈以及EMI滤波器；所述X电容、共模扼流圈和EMI滤波器组合实现对共模信号和差模信号的抑制，其截至频率分别表示为：

共模信号截至频率：                                                

差模信号截至频率：

上述公式中，为共模扼流圈的电感量，为EMI滤波器的电感量，为EMI滤波器的X电容值，为EMI滤波器的Y电容值，为X电容的电容值。

3.根据权利要求1所述的一种电动车异步电机驱动控制器的滤波电路，其特征在于：控制电源接入控制电源滤波电路后，TVS管、压敏电阻和X电容均依次跨接在控制电源输入的正负极，然后接入共模扼流圈的输入侧，共模扼流圈的输出侧接入EMI滤波器的输入侧，最后接入控制电路的电源端口。

4.根据权利要求1所述的一种电动车异步电机驱动控制器的滤波电路，其特征在于：所述动力电源滤波电路包括功率电阻、X电容以及Y电容，动力电源接入后，跨接功率电阻，跨接的功率电阻起到泄放电阻的作用，以保证断电后控制器能快速的将剩余的强电消耗，X电容跨接于强电的正负极两端，Y电容的一端分别于正极与负极连接，Y电容的另一端接控制器机壳；X电容和Y电容除了吸收尖峰电压的功能外，同时具有抑制主回路对动力电源引入的干扰，其抑制的原理表现为：

共模信号截至频率：   

差模信号截至频率：   

上述公式中，为功率回路的杂散电感，为X电容的电容值，和为所选Y电容的容值。

5.根据权利要求1所述的一种电动车异步电机驱动控制器的滤波电路，其特征在于：所述CAN通信总线滤波电路包括TVS管、穿心电容器以及π型滤波器；所述π型滤波器指π型LC型滤波网络，其截止频率为：

外部的CAN总线的两端跨接TVS管，然后CAN总线的两端分别接入穿心电容器，再连接π型滤波器，π型滤波器再连接到控制电路的总线接入端；所述穿心电容器的地端接控制器的机壳。

6.根据权利要求1所述的一种电动车异步电机驱动控制器的滤波电路，其特征在于：在控制电源滤波电路中：

TVS管的选择原则：额定的瞬时峰值脉冲电流，最大钳位电压值，则瞬时脉冲功率；

压敏电阻的选型主要根据其压敏电压和功率进行选型；

根据具体的应用环境和相关的电磁兼容标准，确定共模信号和差模信号的截止频率，当已知共模信号和差模信号的截止频率时，X电容根据经验进行选择，根据不同的电压选择不同的X电容类型；

EMI滤波器内部Y电容确定原则：

其中，为对地漏电流，一般为0.15mA，为电源电压，电源开关频率；

当Y电容值确定，则电感和EMI滤波器的X电容设计如下：

根据经验公式，共模扼流圈电感和EMI电感的值：。

7.根据权利要求1所述的一种电动车异步电机驱动控制器的滤波电路，其特征在于：在动力电源滤波电路中：

功率电阻的选择根据母线电压的最大值进行选择；

根据具体的开关频率和相关电磁兼容标准，确定共模和差模信号的截止频率，当已知共模和差模信号的截止频率时，X电容和Y电容的计算原则如下：

上式中，为功率回路的杂散电感，其具体的值根据电力电子仿真和实际功率回路结构进行确定。

8.根据权利要求1所述的一种电动车异步电机驱动控制器的滤波电路，其特征在于：在CAN通信总线滤波电路中：

TVS管的选择原则：额定的瞬时峰值脉冲电流，最大钳位电压值，则瞬时脉冲功率的表达式为：；穿心电容器和π型滤波器网络中LC参数的确定都是采用经验值。

9.与权利要求1-8中任意一项所述的一种电动车异步电机驱动控制器的滤波电路对应的滤波方法，其特征在于：

控制电源接入控制电源滤波电路后，TVS管用于吸收电压尖峰、静电放电、群脉冲以及浪涌电压的能量，保证后级电路不被影响，压敏电阻作为TVS管吸收的能量的泄放通道，然后控制电源接入到由X电容、共模扼流圈和EMI滤波器构成的电路，通过该电路对输入的控制电源进行滤波，同时防止控制电路的传导骚扰；

动力电源接入动力电源滤波电路后，动力电源的正负极两端跨接功率电阻和X电容；当控制器断电后，功率电阻用于快速泄放剩余的强电，X电容用于吸收动力电源输入带来的尖峰电压，保护后级功率器件的安全；同时，X电容和Y电容的组合电路用于抑制功率回路给动力电源引入的传导骚扰；

外部的CAN总线接入CAN通信总线滤波电路后，跨接的TVS管用于保护静电，接入的穿心电容器用于抑制高频电磁噪声，接入的π型滤波器用于抑制CAN通信总线上的耦合电磁干扰。