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本文對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)射和抗擾度測量的試驗設(shè)備、測試要求、測試方法以及嚴(yán)酷等級。

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

區(qū)別于傳統(tǒng)車輛，新能源車輛在啟動、行駛、充電等過程中可能伴隨著高壓動力線纜上的電壓波動，這類電壓波動峰峰值較高且能量較大，可能影響連接到高壓動力線纜上的其它電器部件的正常工作，對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)抗擾度的測試方法以及限值等級，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)的測試。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的測試方法對所有類型的電動汽車均適用。

典型脈沖

電氣驅(qū)動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，其動力線纜特別是高壓電纜會進(jìn)行屏蔽處理，并且電氣驅(qū)動道路車輛電氣系統(tǒng)中存在大量的功率轉(zhuǎn)換模塊，而這些轉(zhuǎn)換都有可能會對連接在動力網(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)動系統(tǒng)中的半導(dǎo)體高頻工作的開關(guān)會產(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的過沖引起的波動信號，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。

試驗設(shè)備及測試要求

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。最小長度應(yīng)為2000mm，或比整個布置長度（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時的等效串聯(lián)電阻ESR＜5mΩ，最小電流承載能力要求為10kHz時為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Z≥1MΩ。

7）電壓探頭：帶寬要求DC～200MHz，輸入阻抗要求直流時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)到試驗要求（100VPP時25W，300VPP時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)生幾個頻率，每個頻率的脈沖持續(xù)時間應(yīng)至少為2s；電壓能力要求：3kHz～250kHz時為30V（RMS），250kHz～300kHz時為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線試驗不平衡模式到平衡模式轉(zhuǎn)換時，可能需要在信號發(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時，可使用耦合變壓器將騷擾信號耦合至DUT，并將低頻信號發(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。

測試時應(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，該工況會在測量過程中產(chǎn)生最大的騷擾，并且具有最大的敏感性。這是每個測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。

所有試驗應(yīng)在HV+和HV-間、HV+與地之間、HV-與地之間分別進(jìn)行測量。

引用本文：

付國良，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)測試方法解析[J].環(huán)境技術(shù)，2021，231(03):18-22+32.

專家簡介：付國良，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)計及測試驗證工作。