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本文對(duì)ISO 7637-4:2020標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容進(jìn)行解析，給出了新能源車輛車載高壓電氣系統(tǒng)的沿高壓屏蔽電源線的電瞬態(tài)傳導(dǎo)測(cè)試方法的適用范圍及車載高壓電氣系統(tǒng)產(chǎn)生的兩種典型脈沖，闡述了沿高壓屏蔽電源線的電瞬態(tài)發(fā)射和抗擾度測(cè)量的試驗(yàn)設(shè)備、測(cè)試要求、測(cè)試方法以及嚴(yán)酷等級(jí)。

由于本文篇幅較長(zhǎng)，本期先介紹典型脈沖、試驗(yàn)設(shè)備及測(cè)試要求相關(guān)內(nèi)容。

區(qū)別于傳統(tǒng)車輛，新能源車輛在啟動(dòng)、行駛、充電等過(guò)程中可能伴隨著高壓動(dòng)力線纜上的電壓波動(dòng)，這類電壓波動(dòng)峰峰值較高且能量較大，可能影響連接到高壓動(dòng)力線纜上的其它電器部件的正常工作，對(duì)車輛的功能性和安全性造成威脅。2020年5月發(fā)布的ISO7637-4:2020《道路車輛 由傳導(dǎo)和耦合引起的電騷擾 第4部分：沿屏蔽高壓電源線的電瞬態(tài)傳導(dǎo)》對(duì)車載高壓電氣系統(tǒng)的沿高壓屏蔽電源線的電瞬態(tài)發(fā)射和電瞬態(tài)傳導(dǎo)抗擾度的考核方法做出了明確規(guī)定。

ISO 7637-4:2020規(guī)定了車載電氣設(shè)備沿高壓屏蔽電源線的電瞬態(tài)發(fā)射和電瞬態(tài)抗擾度的測(cè)試方法以及限值等級(jí)，適用于電壓范圍在大于60V（DC）且小于1500V(DC）內(nèi)的車載電氣系統(tǒng)高壓屏蔽電源線電瞬態(tài)傳導(dǎo)的測(cè)試。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的測(cè)試方法對(duì)所有類型的電動(dòng)汽車均適用。

典型脈沖

電氣驅(qū)動(dòng)道路車輛為滿足其電氣結(jié)構(gòu)、苛刻的使用環(huán)境的要求，而設(shè)置了較高的安規(guī)要求，其動(dòng)力線纜特別是高壓電纜會(huì)進(jìn)行屏蔽處理，并且電氣驅(qū)動(dòng)道路車輛電氣系統(tǒng)中存在大量的功率轉(zhuǎn)換模塊，而這些轉(zhuǎn)換都有可能會(huì)對(duì)連接在動(dòng)力網(wǎng)中的的其他高壓模塊造成影響。例如，車載電氣設(shè)備高壓電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的半導(dǎo)體高頻工作的開關(guān)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)電磁干擾，其產(chǎn)生的騷擾以傳導(dǎo)和輻射兩種形式通過(guò)與之相連的線纜向外進(jìn)行傳播，從而影響了其他高壓部件的正常工作。

ISO 7637-4:2020對(duì)高壓直流模塊的兩種典型脈沖：正弦波脈沖騷擾（脈沖A）和低頻正弦波騷擾（脈沖B）進(jìn)行了闡述。正弦波脈沖騷擾（脈沖A）和低頻正弦波騷擾（脈沖B）脈沖波形見圖1、圖2。在抗擾度測(cè)試中，脈沖A表示高壓半導(dǎo)體的開關(guān)操作產(chǎn)生的振鈴，用于模擬高頻率的振蕩（例如開關(guān)快速通斷）；脈沖B表示由電驅(qū)動(dòng)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)以及電網(wǎng)諧波產(chǎn)生的正弦波，且大部分能量存在于低頻諧波成分中，因此用于測(cè)量受試設(shè)備DUT的瞬態(tài)電壓抗擾性。高壓電源線上的正弦波脈沖騷擾是由方波信號(hào)的過(guò)沖引起的波動(dòng)信號(hào)，例如由高壓電氣系統(tǒng)中的開關(guān)IGBT與電機(jī)系統(tǒng)的寄生電容和電感的相互作用、DC-DC變換器以及任何其他種類的高壓開關(guān)/換向系統(tǒng)引起。高壓電源線上的正弦波脈沖騷擾既可以是共模，也可以是差模。

圖1(上)脈沖A波形；圖2(下)脈沖B波形

對(duì)比歷次草案稿和正式發(fā)布的版本可以看出，草案中的脈沖B和脈沖C在進(jìn)行傅里葉變換后可以得到脈沖A，因此在最終發(fā)布版中，將草案中的脈沖B和脈沖C分別修改為脈沖A和脈沖B，而將草案稿中的脈沖A刪除。

試驗(yàn)設(shè)備及測(cè)試要求

1）參考接地平板：應(yīng)采用至少0.5mm厚的銅板、黃銅板或鍍鋅鋼板。接地平板的最小寬度應(yīng)為1000mm，或比整個(gè)布置寬度（不包括電源和瞬態(tài)脈沖發(fā)生器）的兩邊大200mm，兩種情況取其大者。最小長(zhǎng)度應(yīng)為2000mm，或比整個(gè)布置長(zhǎng)度（不包括電源和瞬態(tài)脈沖發(fā)生器）的兩邊大200mm，兩種情況取其大者。建議DUT與所有其他導(dǎo)電結(jié)構(gòu)（例如屏蔽室的壁面）之間的最小距離需大于0.5m。

2）屏蔽的高壓電源人工網(wǎng)絡(luò)HV-AN：5μH、50Ω高壓人工網(wǎng)絡(luò)。

3）高壓電源：最大噪聲紋波UPP不大于標(biāo)稱電壓的1.5%。

4）電源負(fù)載（電阻器并聯(lián)電容器）：電阻器R=500Ω±5%、電容器C=10μF±10%，10kHz時(shí)的等效串聯(lián)電阻ESR＜5mΩ，最小電流承載能力要求為10kHz時(shí)為50A(RMS)。

5）示波器：帶寬至少為400MHz，采樣率至少為2GHz/s（單次觸發(fā)模式）。

6）差分探頭：帶寬要求DC～100MHz，輸入阻抗要求直流時(shí)Z≥1MΩ。

7）電壓探頭：帶寬要求DC～200MHz，輸入阻抗要求直流時(shí)Z≥1MΩ；電容≤110pF，衰減為100:1。

8）脈沖發(fā)生器：

正弦波脈沖騷擾發(fā)生器（脈沖A）：頻率范圍1MHz～10MHz，輸出功率應(yīng)達(dá)到試驗(yàn)要求（100VPP時(shí)25W，300VPP時(shí)225W）。圖3給出了脈沖正弦波騷擾發(fā)生器的結(jié)構(gòu)示意圖。

低頻正弦波騷擾發(fā)生器（脈沖B）：頻率范圍3kHz～300kHz，如果不能實(shí)現(xiàn)線性或?qū)?shù)掃描，則脈沖發(fā)生器應(yīng)能每十倍頻產(chǎn)生產(chǎn)生幾個(gè)頻率，每個(gè)頻率的脈沖持續(xù)時(shí)間應(yīng)至少為2s；電壓能力要求：3kHz～250kHz時(shí)為30V（RMS），250kHz～300kHz時(shí)為20V（RMS），電流能力要求為16A（RMS）。

圖3 脈沖正弦波騷擾發(fā)生器結(jié)構(gòu)示意圖

9）平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器及耦合變壓器：

在正弦波脈沖騷擾抗擾度線對(duì)線試驗(yàn)不平衡模式到平衡模式轉(zhuǎn)換時(shí)，可能需要在信號(hào)發(fā)生器輸出端連接平衡-不平衡轉(zhuǎn)換器（巴倫），需滿足ANSI C37.90.1:2012附錄D的要求。

在進(jìn)行低頻正弦波騷擾抗擾度試驗(yàn)時(shí)，可使用耦合變壓器將騷擾信號(hào)耦合至DUT，并將低頻信號(hào)發(fā)生器與DUT之間的直流成分進(jìn)行隔離，耦合變壓器應(yīng)符合頻率范圍使用要求，頻率范圍為3kHz～300kHz。

測(cè)試時(shí)應(yīng)考慮DUT的各種工作模式和工作條件，DUT應(yīng)在典型工況下運(yùn)行，該工況會(huì)在測(cè)量過(guò)程中產(chǎn)生最大的騷擾，并且具有最大的敏感性。這是每個(gè)測(cè)試和頻率階躍的最壞情況。運(yùn)行工況應(yīng)與車輛制造商和供應(yīng)商之間達(dá)成一致。

所有試驗(yàn)應(yīng)在HV+和HV-間、HV+與地之間、HV-與地之間分別進(jìn)行測(cè)量。

引用本文：

付國(guó)良，孫志穎，覃寶山，王嘉靖.沿高壓屏蔽電源線的電瞬態(tài)傳導(dǎo)測(cè)試方法解析[J].環(huán)境技術(shù)，2021，231(03):18-22+32.

專家簡(jiǎn)介：付國(guó)良，碩士，電磁兼容主管工程師，主要從事整車電磁兼容開發(fā)相關(guān)設(shè)計(jì)及測(cè)試驗(yàn)證工作。