使用现成的 EMI 滤波器简化电动汽车动力总成合规

现代电动汽车 (EV) 配备 25 个甚至更多个处理器，用于控制车辆运行的各个方面，从关键的高级驾驶辅助系统 (ADAS) 到次要的车载网络与娱乐系统。在狭小的空间内使用如此大量的电子系统，设计人员必须解决电磁兼容性 (EMC) 认证和电磁干扰 (EMI) 风险问题。EMI 的主要来源之一是车辆电源系统，该系统将来自电池的直流电转换为驱动电机所需的高压大电流。

汽车动力系统的核心是功率逆变器，它利用开关半导体将直流电转换为电机驱动波形。由于逆变器开关速度极快，其产生的 EMI 可能通过电源线传导或以辐射形式传播。因此，EMC 认证成为电动汽车驱动系统设计中较为棘手的难题之一。

现成的标准 EMC 滤波器

为帮助推进 EMC 认证，TDK 推出了用于电动汽车的 CarXield Power EMI 滤波器。该系列滤波器提供经过全面验证、经济高效的现成设计，减少了内部开发和后续认证的需求。

实际上，CarXield 滤波器安装在屏蔽逆变器和电池之间（图 1，下），并通过共模磁环实现电机与逆变器的隔离（图 1，上下）。在逆变器屏蔽壳内，正负母线通过一个与阻尼电阻器串联的电容器旁路连接至屏蔽层。

图 1：CarXield 滤波器安装于屏蔽逆变器与电池之间，逆变器与电机间插入了共模磁环（图片来源：TDK Electronics）

CarXield 滤波器可有效抑制逆变器对电池的干扰，提升车辆动力总成的 EMI 性能，并简化中型电动汽车的合规与认证。

CarXield 波滤器设计

CarXield 是一个三级滤波器，由共模扼流圈以及 X 和 Y 电容器组成（图 2）。共模扼流圈（亦称电流补偿扼流圈）可抑制共模干扰。X 电容器连接在电源母线之间以降低差模干扰；Y 电容器连接在各母线与地之间以抑制共模噪声。

图 2：CarXield 三级滤波器由共模电感器与用于降低共模干扰与噪声的 Y 电容器以及用于最小化差模干扰的 X 电容器组成。（图片来源：TDK Electronics）

扼流圈采用纳米晶磁芯技术，确保卓越的磁性能与低功耗。设计包含无源放电电路，可在断电时安全降低存储电压。

CarXield 波滤器专为机箱安装而设计，装在带塑料盖的紧凑型金属外壳内，尺寸为 5.5 × 2.3 × 1.97 英寸（140 × 59 × 50.0 毫米 (mm)），提供带一体式母线（图 3，左）与不带母线（图 3，右）两种版本。

图 3：CarXield 滤波器封装在一个带塑料盖的金属外壳中，带（左）或不带（右）一体式母线。（图片来源：TDK Electronics）

母线用四个螺钉从顶部固定。多个接地片提供了出色的接地性能。

这些滤波器适用于 500 伏和 1000 伏系统。例如，B84252A0200A000 线路滤波器是一款 500 伏、200 安培 (A) 的直流稳态器件，工作温度为 85 °C。它可以应付长达 60 秒 (s) 的 350 A 峰值电流和 10 秒的 600 A 峰值电流。

B84252B0400A000 的额定电压为 1000 伏，85°C 时的稳态电流为 400 A。它可以应对 60 秒 650 A 或 10 秒 1000 A 的峰值电流。

两款滤波器均配备母线，额定工作温度范围为 -40 至 85°C。典型的直流电阻 (DCR) 仅为 0.1 毫欧 (mΩ)，从而最大限度地降低了负载下的电阻自热。

波滤器性能

滤波器效能通过插入损耗随频率变化的曲线进行衡量，该曲线以分贝衰减相对于频率的关系呈现（图 4）。

图 4：所示为 B84252A0200A000 和 B84252B0400A000 滤波器的插入损耗与频率的比较。（图片来源：TDK Electronics）

B84252A0200A000 和 B84252B0400A000 滤波器具有相似的插入损耗特性，在 10 至 100 千赫兹 (kHz) 之间衰减较低。频率超过 1 兆赫 (MHz) 时，衰减会明显增加。

CarXield 波滤器系列符合汽车可靠性和耐久性标准。该系列滤波器通过了 AEC-Q200 认证，并依据 MBN LV 124 规范完成了验证。与自行设计相比，这些认证有效缩短了开发周期，降低了设计风险。

结语

EMI 是电动汽车设计通过 EMC 认证的主要障碍。TDK CarXield 滤波器系列可有效抑制 EMI，其高性能、标准化设计与封装形式满足了中型电动汽车的需求。此外，该系列滤波器在封装上具备灵活性，提供带或不带母线的选项。