電動(dòng)汽車電機(jī)控制器的電磁場(chǎng)屏蔽系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種防止電動(dòng)汽車電機(jī)控制器受到外界強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾的電動(dòng)汽車電機(jī)控制器的電磁場(chǎng)屏蔽系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]一、在電動(dòng)汽車中，電機(jī)控制器是實(shí)現(xiàn)電池的直流電供電與電機(jī)的交流電用電變換、實(shí)現(xiàn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)運(yùn)行的關(guān)鍵部件，屬于電動(dòng)汽車的核心功率部件，它必須能夠持續(xù)可靠的運(yùn)行，現(xiàn)有的電機(jī)控制器種類繁多，但布置結(jié)構(gòu)大同小異，在可靠性及耐久性驗(yàn)證中存一些問題，比如驅(qū)動(dòng)模塊散熱不佳，影響IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor,絕緣柵雙極型晶體管)的壽命和系統(tǒng)整體效率；控制器整體密封不到位，惡劣環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間工作或多或少有漏水現(xiàn)象；控制板與驅(qū)動(dòng)板之間未能很好隔離，電磁兼容性差。特別嚴(yán)重的是現(xiàn)有的電動(dòng)汽車電機(jī)控制器的外部只有一層很厚的的金屬殼體，受到外界的強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾后，電磁場(chǎng)在金屬殼體上瞬間達(dá)到磁飽和，電磁場(chǎng)攻破金屬殼體后瞬間就攻擊電動(dòng)汽車電機(jī)控制器集成電路中的核心電子器件，使電機(jī)控制器不能正常工作，使電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)失去控制產(chǎn)生交通事故。
[0003]二、電磁脈沖防護(hù)的三個(gè)方面
[0004]2.1屏蔽:屏蔽是利用屏蔽體來阻擋或減少電磁能的傳輸，達(dá)到電磁防護(hù)的一種重要手段，這種屏蔽體不讓電磁場(chǎng)到達(dá)被保護(hù)的設(shè)備。
[0005]2.2接地:接地處理是將電子設(shè)備通過適當(dāng)?shù)姆椒ê屯緩脚c大地連接，以提高電子設(shè)備電路系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，有效地抑制外界電磁場(chǎng)的影響，避免機(jī)殼因電荷積累過多導(dǎo)致放電所造成的干擾和損壞。
[0006]2.3濾波器:濾波器可以由電阻、電感、電容一類無源或有源器件組成選擇性網(wǎng)絡(luò)，以阻止有用頻帶之外的其余成分通過，完成濾波作用，也可以由鐵氧體一類有損耗材料組成，由它把不希望的頻率成分吸收掉，達(dá)到濾波的作用。(參考文獻(xiàn):孫永軍《電磁脈沖原理及其防護(hù)》《空間電子技術(shù)》2004年第3期)
[0007]三、國際最先進(jìn)的電源浪涌保護(hù)器(SB));信號(hào)線、控制線路保護(hù)器(SPD)技術(shù)介紹:現(xiàn)有的(以下簡(jiǎn)稱S系列產(chǎn)品)系列電源浪涌保護(hù)器(SPD);信號(hào)線、控制線路保護(hù)器(SPD)產(chǎn)品，是全球領(lǐng)先的電力凈化、精密儀器保護(hù)、電源浪涌濾波保護(hù)產(chǎn)品。其正弦波跟蹤濾波及特殊化學(xué)封裝的專利技術(shù)，包含浪涌保護(hù)和濾波技術(shù)，非常符合電磁脈沖防護(hù)的技術(shù)要求。S系列浪涌濾波產(chǎn)品具有以下優(yōu)勢(shì):
[0008]3.1多級(jí)防護(hù)機(jī)制，殘壓可達(dá)0V。經(jīng)過導(dǎo)流的浪涌電壓一般在2.5KV?15KV之間，所配備的SPD產(chǎn)品應(yīng)該經(jīng)過多級(jí)防護(hù)后，達(dá)到極低的殘壓，特殊行業(yè)能夠達(dá)到O伏。市場(chǎng)一般浪涌保護(hù)產(chǎn)品，最大通流40KA，國標(biāo)殘壓值為1800。S產(chǎn)品40KA沖擊，殘壓值小于600V。殘壓越小，保護(hù)效果越好。在8/20us模擬雷電測(cè)試環(huán)境下，充電電壓24.9KV，電流峰值47.8KA，殘壓值551V，遠(yuǎn)低于國內(nèi)產(chǎn)品殘壓值。
[0009]3.2響應(yīng)速度小于I納秒，有效防護(hù)二次雷、感應(yīng)雷以及電氣內(nèi)部涌流瞬態(tài)電壓抑制器(簡(jiǎn)稱TVS)。TVS 二級(jí)管響應(yīng)時(shí)間小于I納秒。其它浪涌保護(hù)產(chǎn)品采用的壓敏電阻響應(yīng)速度為25納秒。TVS優(yōu)點(diǎn)在于:雙向保護(hù)特性、反映速度快(納秒量級(jí))、吸收浪涌功率大(瞬態(tài)功率達(dá)數(shù)千瓦)、箝位電壓易控制、漏電流低、無損壞極限、體積小。
[0010]3.3外殼采用NEMA4標(biāo)準(zhǔn)，防水、防火、防爆、防靜電。
[0011]3.4專利的正弦波ORN跟蹤技術(shù)，精確消除浪涌、諧波功能。傳統(tǒng)產(chǎn)品是采用傳統(tǒng)上下夾鉗式閥值濾波，壓敏的特性是當(dāng)電壓達(dá)到閥值時(shí)對(duì)地導(dǎo)通，從而達(dá)到泄放電流的目的。S產(chǎn)品采用專利技術(shù)增強(qiáng)型ORN正弦波跟蹤濾波，按一定的正弦波正負(fù)偏移百分比，跟蹤消除浪涌“贓電”，凈化用電環(huán)境，而且殘壓值很低。在計(jì)算機(jī)通信系統(tǒng)、電子設(shè)備中，電磁脈沖通過導(dǎo)線耦合到電路中去，在線路中產(chǎn)品過壓能量傳導(dǎo)到設(shè)備上從而干擾、損毀設(shè)備。導(dǎo)線耦合時(shí)能量表現(xiàn)為過壓。ORN濾波技術(shù)，通過跟蹤技術(shù)濾波抵制范圍，保證電源、信號(hào)的“潔凈”，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、電子設(shè)備等避免電磁脈沖的干擾和損毀。
[0012]3.5獨(dú)一無二的化學(xué)封裝專利技術(shù)，保障器件持久的可靠性能，500V的電壓測(cè)試，沒有化學(xué)封裝保護(hù)的M0V，48秒溫度升至200°C，持續(xù)的測(cè)試能在短時(shí)間內(nèi)使MOV發(fā)生爆炸。而經(jīng)過特殊化學(xué)封裝后，500V的電壓測(cè)試，經(jīng)過化學(xué)封裝保護(hù)的M0V，3分30秒溫度保持在105°C，并一直保持在此溫度。而且特殊的化學(xué)封閉，能迅速吸收浪涌過程中產(chǎn)生的熱量，保護(hù)產(chǎn)品元器件，延長(zhǎng)器件使用壽命。在電磁脈沖耦合過程中，能量很大，對(duì)濾波設(shè)備的電子元件器要求也非常高。而S產(chǎn)品的特殊化學(xué)封閉，通過散發(fā)熱量轉(zhuǎn)移能量，保證了元器件的使用壽命，從而保護(hù)系統(tǒng)安全。
[0013]3.6真正的10模(全模)保護(hù)，阻斷浪涌所有可能通道。設(shè)備要求線與線之間進(jìn)行濾波保護(hù)。S產(chǎn)品全模保護(hù)，阻斷了線與線、線與地所有可能的通道，從而對(duì)設(shè)備起到完美的保護(hù)作用
[0014]3.7混合多元化模塊，熱、電雙保險(xiǎn)熔斷電容設(shè)計(jì)。
[0015]3.8唯一可不接地的浪涌保護(hù)產(chǎn)品，采用專利的正弦波跟蹤技術(shù)，特殊化學(xué)封裝，以及納秒級(jí)TVS元件，十模保護(hù)以及混合多元化模塊，使得S產(chǎn)品可以不通過接地釋放能量。由于全模保護(hù)，共70片M0V，每片MOV分擔(dān)的能量比較少。當(dāng)外面沒有接地，MOV在吸收浪涌時(shí)，可以通過自身的發(fā)熱來釋放浪涌的能量。經(jīng)過特殊的化學(xué)封裝，能迅速吸收MOV產(chǎn)生的熱量，保護(hù)MOV元器件。從而使得產(chǎn)品能在未接地的情況下進(jìn)行能量釋放。S產(chǎn)品不能接地時(shí)，要求地線做等電位連接。在軍用通信系統(tǒng)中的移動(dòng)設(shè)備中，由于移動(dòng)的性質(zhì)決定了設(shè)備接地系統(tǒng)將不盡完善。而傳統(tǒng)的浪涌濾波產(chǎn)品，都需要高要求的接地。S產(chǎn)品可以在不接地的情況下做到浪涌濾波保護(hù)。(參考文獻(xiàn):美國公司《系列產(chǎn)品說明書》)
[0016]四、電磁屏蔽的種類
[0017]4.1高頻電磁波屏蔽，主要采用吸收和反射原理，高頻電磁波在遇到金屬屏蔽體時(shí)，產(chǎn)生強(qiáng)烈的渦流效應(yīng)而使電磁波被吸收，同時(shí)由于其波阻抗很高，高頻電磁波產(chǎn)生反射損耗。
[0018]4.2靜磁場(chǎng)屏蔽，磁場(chǎng)通過一閉合的高導(dǎo)磁屏蔽體時(shí)，由于屏蔽體的導(dǎo)磁率很高，磁阻很低，磁場(chǎng)會(huì)通過磁屏蔽通路導(dǎo)出，而使漏入屏蔽體的磁場(chǎng)大幅減少。
[0019]4.3超低頻電磁屏蔽，主要以靜磁屏蔽原理為主，同時(shí)要考慮電磁兼容，會(huì)有部分渦流效應(yīng)產(chǎn)生的屏蔽作用。
[0020]五、電磁屏蔽的原理和屏蔽體制造材料的選取
[0021]5.1低頻電磁波比高頻電磁波有更高的磁場(chǎng)分量，對(duì)于非常低的干擾頻率，屏蔽材料的導(dǎo)磁率遠(yuǎn)比高頻時(shí)更為重要。屏蔽低頻(如工頻)電磁干擾的基本原理是磁路并聯(lián)旁路分流。通過使用導(dǎo)磁材料(如低碳鋼、硅鋼等)提供磁旁路來降低屏蔽體內(nèi)部的磁通密度，同時(shí)盡量增大渦流損耗，使一部分能量轉(zhuǎn)化為熱能消耗掉。屏蔽材料越厚則磁阻越小、渦流損耗越大，屏蔽效果越好。導(dǎo)電率高而導(dǎo)磁率低的材料(如銅、鋁等)對(duì)電磁波的磁場(chǎng)分量幾乎沒有屏蔽作用。
[0022]5.2磁導(dǎo)率還與外加磁場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān)。當(dāng)外加磁場(chǎng)強(qiáng)度較低時(shí)，磁導(dǎo)率隨外加磁場(chǎng)的增加而升高，當(dāng)外加磁場(chǎng)強(qiáng)度超過一定值時(shí)，磁導(dǎo)率急劇下降，這時(shí)候材料發(fā)生了飽和，材料一旦發(fā)生飽和，就失去了磁屏蔽作用。材料的磁導(dǎo)率越高，越容易飽和。因此，在很強(qiáng)的磁場(chǎng)中，磁導(dǎo)率很高的材料并沒有良好的屏蔽效能。低碳鋼的磁導(dǎo)率在4000左右，飽和強(qiáng)度在22000左右，低碳鋼板機(jī)械性能好、可焊性好、易加工、不易飽和，是低頻電磁屏蔽材料的首選。
[0023]六、現(xiàn)有技術(shù)的不足之處
[0024]6.1閉合的屏蔽體，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、成本低廉的特點(diǎn)，常見的超低頻電磁屏蔽裝置是采用單層高導(dǎo)磁合金組成，不足之處在于:(I)、屏蔽系數(shù)低，一般在20?30dB ; (2)、不能同時(shí)兼容強(qiáng)磁場(chǎng)和弱磁場(chǎng)的屏蔽；(3)、屏蔽層暴露在外,容易受到?jīng)_擊、碰撞而導(dǎo)致屏蔽效能的降低、當(dāng)高導(dǎo)磁合金受到?jīng)_擊時(shí)，磁導(dǎo)率會(huì)下降。因此，這種單層結(jié)構(gòu)的超低頻電磁屏蔽裝置，僅適用于屏蔽要求較低的場(chǎng)所(電磁屏蔽系數(shù)在20?30dB ;電磁屏蔽系數(shù)越高，儀器設(shè)備的屏蔽要求越嚴(yán))，而對(duì)于屏蔽要求較高的場(chǎng)所(電磁屏蔽系數(shù)在75?90dB)，即使屏蔽體加厚，屏蔽也達(dá)不到理想效果。
[0025]6.2在防電磁脈沖的三項(xiàng)(屏蔽、接地、濾波)主要措施中，往往單純采用屏蔽，但不能提供完整的電磁脈沖防護(hù)，因?yàn)樵O(shè)備或系統(tǒng)上的電纜是最有效的電磁脈沖接收與發(fā)射天線。尤其是對(duì)有外置天線的設(shè)備和多臺(tái)設(shè)備由電纜相連組成