电动汽车的DCDC变换器，目前技术的主要发展迭代，一个重要目标就是提高功率密度，而其中最主流的技术路线就是提高开关频率。这就带来了一个问题，功率器件工作在高频开关模式，开通关断时容易产生严重振荡，这成为了电动汽车电气系统中主要的电磁干扰EMI（Electromagneticinterference）源头之一，并且有发射能力日渐提高的趋势。1典型DCDC工作过程DCDC在电动汽车上的基本功能是将动力电池提供的高压电源，变换成适合车载电气使用的电压等级，不同车辆的电压平台不同，一般有12V、24V，新提倡的系统48V。DCDC的内部拓扑结构不尽相同，但其电磁发射的主体部分都类似。以一个典型DCDC拓扑结构为例，说明各个器件在工作过程中的角色。ZVS(ZeroVoltageSwitch)移相全桥主电路拓扑如上图所示。该电路利用硬件电路中的电容和电感在高频开关模式实现谐振，使开关管关断时电流先下降至0，电压才开始上升；或者开关管开通时电压先下降至0，电流才开始上升，这减小了di/dt和du/dt的重叠，不仅降低了开关损耗，而且减小了振荡尖峰电压和浪涌电流，对EMI有很大的抑制作用。图中Vin是输入高压直流，Q1～Q4是MOSFET，C1～C4分别是Q1～Q4的结电容，Lr是串联谐振电感与变压器漏感总和，T是主变压器，Lf1～Lf2是输出滤波电感，DR1～DR2是输出整流二极管，Cf是输出滤波电容，Load是输出负载。为实现ZVSPWM软开关，斜对角的开关管的关断时间应该相互错开，即一只开关管先关断一段时间之后再将另一只开关管关断。当开关的切换方式为＋1/0或－1/0时，称作超前桥壁工作状态；当开关的切换方式为0/＋1或0/－1时，称作滞后桥壁工作状态。DC/DC变换器主电路和驱动电路中存在大量的半导体器件，MOSFET和输出整流二极管工作在高速开关状态时di/dt和du/dt都将产生高频、尖峰振荡噪声，并通过输入端和输出端产生严重的辐射和传导干扰。2DCDC变换器中EMI分析当电动车辆行驶时，驾驶员通过油门、刹车、使用车灯控制拨杆和使用空调旋钮等发出请求，DC-DC转换器分别启动传输交直流高压电流至驱动电机，传输低压大电流为低压蓄电池充电等功能。由于自身EMI能力强，会引发电子刹车系统失效、电子油门失效、驱动电机转速异常和车身控制系统失效等风险。产生电磁干扰的主体：磁性元件（电感或变压器）、功率开关器件、输出整流滤波电路。高频变压器的初级线圈、功率开关器件和滤波电容构成的高频开关电流环路可能会产生较大的空间辐射，形成辐射干扰。如果DCDC变换器输入端滤波电容的容量不足或高频特性不好，电容上的高频阻抗会使高频电流以差模方式传导到交流电源中形成传导骚扰。功率开关器件在DCDC变换器中，功率开关管与高频变压器的初级线圈相连形成开关节点，在开关转换瞬间产生的du/dt是主要的干扰源。在开关管导通瞬间，初级线圈产生很大电流，根据公式U=L*di/dt，其两端产生较高的浪涌尖峰电压；同样在开关管截止瞬间，变压器初级回路断开，初级线圈上的漏感储能迅速释放与开关管集电极的分布参数（寄生电容与寄生电感）共同作用形成开关管电压波形上的衰减震荡和关断尖峰电压。功率开关管导通与断开两个转换阶段产生的电磁干扰类型都属于传导型电磁干扰，都是由瞬变的磁化冲击电流形成的。这种干扰传递是双向的，既会影响DCDC变换器内部正常工作，还会将干扰信号返回母线，造成更多的高次谐波影响。输出整流滤波电路输出整流二极管在正向导通时PN结内积累电荷，在截止时积累电荷将消失并产生反向电流。由于DCDC变换器的开关频率高，使二极管从导通到截止的转换过程极短，如此短的时间内让存储的电荷消失必然产生大的反向电流浪涌。由于变换器中的分布电感、分布电容、浪涌会引起高频衰减震荡产生干扰。干扰信号类型：共模干扰和差模干扰DC/DC变换器的开关频率范围，一般从几十kHz到几MHz，所以传导型电磁干扰是主要的电磁干扰耦合方式，分为差模（DM）干扰和共模（CM）干扰两种方式。差模干扰是主要存在于电源相线与中线及相线与相线之间的干扰，属于载流体之间的干扰，其干扰源可以认为是di/dt相当于电压源。共模干扰是存在于电源任一相线对大地或中线对大地间的干扰，属于载流体与大地之间的干扰，其干扰源为du/dt，可以等效成电流源。实际电路中，上述两类干扰方式在电路中同时存在，并且因传输线路节点前后阻抗的不匹配，两种干扰在传输中还会相互转化。3防范电磁干扰的方法3.1功率开关器件产生电磁干扰的抑制DC/DC变换器主要的干扰源是功率开关器件在导通与截止瞬间产生的高尖峰电压。因此，减小功率开关管转换期间的du/dt成为了抑制电磁干扰的基本思路。常采用谐振开关的方法，研究表明具有电压钳位的零电压定频DCDC变换器的EMI电平最低，并且可以有效减少分布电感、分布电容产生的寄生振荡、还可以降低开关损耗。3.2高频变压器产生的电磁干扰的抑制对于高频变压器产生的电磁干扰问题，抑制措施的核心点是减少其自身的寄生参数，包括初、次级绕组线圈的漏电感、分布电容、绕组线圈的铜损及磁芯的铁损。可以采用平面变压器代替传统普通的变压器。平面变压器磁芯材质采用高功率铁氧体材料，在高频下有较低的磁芯损耗，绕组线圈采用多成电路板叠绕而成，与平面铁芯构成变压器的磁回路。这种平面变压器的直流损耗低、漏感和分布电容低，可以满足谐振电路的要求，并且磁芯具有良好的磁屏蔽，可以抑制射频干扰。3.3输出整流二极管产生的电磁干扰的抑制DC/DC变换器的输出整流二极管常选用肖特基二极管或超快速恢复二极管。其在截止瞬间有很高的di/dt，除了可以采取并联RC吸收回路的办法，还可以利用输出滤波电容中的等效电感削弱电容的高频旁拉作用，增加形成二级滤波作用的结构。3.4PCB电路板的合理走线与布局设计PCB电路板走线与元器件合理的布局设计，同样能有效地降低DCDC变换器的EMI。走线方面应该尽量增大线间距离，降低电容耦合与线间互感；减小干扰源和敏感电路的环路面积，以降低辐射发射干扰；实施静电屏蔽，屏蔽层采用网格接地的方法。布局方面应该使各个元器件尽量紧密排列并将相互关联的元器件摆放在一起。3.5EMI滤波器DCDC变换器电源线的传导干扰主要包括共模干扰和差模干扰。由于电源线间一般同时存在共模干扰和传导干扰，EMI滤波器设计往往由共模滤波器和差模滤波器共同构成。其中，共模滤波器和差模滤波器分别对应于共模干扰和差模干扰有较强的衰减作用。共模滤波器针对低频噪声时主要是共模电感起衰减作用；针对高频噪声大部分由共模电容即Y电容起衰减作用。差模滤波器一般由低通滤波元件组成，最常用的是电容（一般称作X电容）直接并联在两根电源线之间形成的输入滤波电路。选取适当容量的电容，将对高频噪声具有较强的抑制作用。3.6频率抖动技术抑制电磁干扰频率抖动技术，利用扩散频谱能量来降低谐波幅值。该方法相对于恒定开关频率PWM控制方式而言的，其“抖动”是指PWM发生器在脉宽调制的同时，开关频率围绕某个固定频率变化。实质上是在总能量不变的前提下，将集中在谐波上的能量扩散到该频率附近的一定带宽内，从而得到较低的幅值，降低EMI噪声。4电磁兼容能力验证关于电磁兼容性能验证，有文章给出了具体的验证方式，内容大致如下：一般使用三种方法来考察DC-DC转换器EMI特性，分别为辐射骚扰测试、电源端传导骚扰测试、控制信号线传导骚扰测试。辐射骚扰测试是从空间电磁辐射量上来考察DCDC转换器对外的辐射发射量，使用3m法半电波暗室，并针对测试的频率段不同，分别使用单极棒天线（0.15~30MHz）、双锥天线（30~MHz）、对数周期天线（~MHz）、喇叭天线（~MHz），设置在空间中，接收DCDC转换器工作时对外的辐射量。在MHz以下，天线正对样品线束，MHz以上天线正对样品。电源端传导骚扰测试，是在DCDC转换器工作时，通过对电源线的监控骚扰数值，来考察是否会对车用电网造成冲击，直接使用同轴线缆将测量接收机和人工电源网络上的测量接口相连接，分别读取输入DCDC转换器的正极电源端和负极电源端骚扰量。控制信号线传导骚扰测试，是对DCDC转换器控制和信号线上电流对外骚扰量进行考察，一般使用电流钳读取控制信号线的骚扰量，并对其进行考察。分别对靠近DCDC转换器和靠近线束中心这两个位置进行读取。5DCDC电磁兼容标准关于DCDC电磁兼容标准，已经有相关国标存在。《GB/T-9电动汽车DC∕DC变换器》是专门为电动汽车DCDC的制定的国家标准，关于电磁兼容的规定在5.12节，指出“DCDC在运行过程中产生的传导干扰和辐射干扰不应超过GB-2中第12章和14章规定的限值。”《GB/T-车辆、船和内燃机无线电骚扰特性用于保护车载接收机的限值和测量方法》,其早期2年版本等同采用国际电工委员会／无线电干扰特别委员会IEC／CISPR25：《用于保护车载接收机的无线电骚扰特性的测量方法及限值》。目前电动汽车零部件电磁兼容的骚扰特性，主要依据就是这个标准。关于电动汽车电磁兼容标准，在之前的文章中有过一次总结，题目《电动汽车电磁兼容性测试标准整理》，有兴趣的童鞋可以翻过去看看。本文整理自下列文献：1王嵩，电动汽车中DC_DC变换器拓扑结构及其电磁兼容技术；2余修华，频率抖动技术抑制DC_DC变换器电磁干扰的仿真；3游元杰，ISO关于验证电磁兼容安全性方法的运用研究；4纵卫卫，电动汽车DC_DC变换器电磁干扰优化研究；5GBT-9电动汽车DC∕DC变换器；6许晓慧，基于电动汽车装置DC_DC变换器的研究；7电动汽车电磁兼容性测试标准整理。（图片来自互联网公开资料）
