本期，咱们将聚焦于电动汽车高压电池体系带来的电击伤害及共模噪声成绩并先容相干方式改良此成绩。本文援用地点：从前，汽车电子装备经由过程与用来启动车辆的统一 12V 铅酸电池供电。即便在发电机运转且电池电缆断开的情形下可能产生高达 42V 的浪涌，电压仍会坚持在低于 60VDC 的保险超低电压 (SELV) 范畴内。因而，无需担忧导电印刷电路板 (PCB) 布线的间距成绩，来防止汽车电路中产生电击伤害。因为电动汽车 (EV) 的电机须要更高的电压（400V 或 800V）才干运转，因而电击伤害当初是汽车利用中须要存眷的一个成绩。衔接到交换电源的电路与应用公用电力的 SELV 电路之间的界限所实用的严厉距离，当初也实用于衔接到电动汽车中高压电池的电路与应用 12V 体系运转的 SELV 电路之间的界限，如信息文娱体系跟车身电子安装（重要是照明）。无奈满意 CISPR 25为了驱动应用高压电动汽车电池运转的牵引逆变器中的年夜功率半导体开关，须要用到帮助电源，此中很多都是由高压 12V 体系供电。成绩是，这些断绝式电源会将大批共模噪声泵回 12V 汽车电池线路，招致其无奈满意汽车国际无线电烦扰特殊委员会 (CISPR) 25 传导发射限度，该限度扩大至 108MHz。此噪声很年夜水平上由帮助电源断绝变压器的低级绕组跟次级绕组之间的主开关波形电容耦合来驱动。低级接地跟次级接地之间存在高额外浪涌电压的旁路电容器会构成一个小环路，很年夜水平上能够克制这种共模噪声，而电池线路上的共模滤波能够进一步下降这种噪声，从而能够合乎 CISPR 25 限度请求。汽车电路的间距请求对于高压电动汽车电池跟年夜少数传统汽车电路中应用的高压 12V 电池体系之间的加强间距，罕见的目的是 8mm 间距。这将涵盖 400VRMS、传染品级 2 跟资料组 III；或 800VRMS，同样是传染品级 2，但资料组 I。有关间距请求的更多具体信息，请参阅国际电工委员会 (IEC) 60664-1 尺度“高压供电体系内装备的绝缘共同第 1 局部：道理、请求跟实验”。满意多层 PCB 的爬电间隔跟空隙请求IEC 的严厉间距请求是由裸露在传染氛围中的名义的高压击穿（爬电）以及氛围自身的击穿或电弧（空隙）来推进。在桥接低级-次级断绝栅的元件中（如变压器或集成电路 (IC)），以及不打仗氛围或水分的多层 PCB 的内层中，间距请求低得多，只有断绝层可能蒙受数千伏高电压测试即可。对加强型断绝栅利用中应用的 IC，罕见的测试电平为 5kV，这使得存在四层或以上的 PCB 可能在内层上实现低级接地跟次级接地彼此交织。内层有间距请求，但与裸露在氛围中的层比拟，请求明显下降。在某些利用中，1mm 间距对 800V 电池体系来说就已充足。采取断绝式直流/直流转换器的演示咱们构建了两块电路板，用于对照 CISPR 25 5 类限度来演示咱们 UCC12051-Q1 断绝式直流/直流转换器的发射机能。该转换器包括一个典范的电池线路电磁烦扰滤波器，专为在 100mA 负载下 5V 输入跟 5V 输出而计划。一个板（未宣布）的全部四个层上低级跟次级之间的间距都为 8mm，另有一个板（汽车级、CISPR 25 5 类发射、断绝式 5V 帮助电源参考计划）容许在两个内层中实现低级接地跟次级接地交织，且低级接地跟次级接地之间的间距为 1mm。低级接地到次级接地的附加无效电容估量为 11pF。UCC12051-Q1 外部的断绝式转换器以 8MHz 停止切换，确保它在 CISPR 25 方面的第一个频率是其在 32MHz 下的四次谐波。图 1 是断绝式 5V 参考计划道理图中的一个片断，此中表现了一个 IC 断绝式转换器，它存在低级接地衔接到次级接地电容器，用于克制由转换器的断绝变压器发生的高频噪声。未宣布的电路板与断绝式 5V 参考计划雷同，只是缺乏 PCB 层交织。图 1. 断绝式 5V 参考计划中直流/直流转换器的低级跟次级接口，此中表现增添了旁路电容器 C100 跟 C101 以及交织内层电容鉴于须要冗余以确保保险，而且须要坚持低级接地到次级接地的团体间距，咱们放置了两个串联 Y 电容器（C100 跟 C101），用来桥接低级接地跟次级接地。因而，无效电容是每个电容器值的一半。在某些情形下，须要三个串联电容器（330pF 电容器）来坚持须要的间距。在图 2 中，左侧图像是未宣布的电路板，全部层的间距均为 8mm；右侧图像是断绝式 5V 参考计划，顶层跟底层的间距为 8mm，内层间距仅为 1mm，使得它们的低级立体跟次级接地立体可能堆叠。图 2. 全部层上全体间距 8mm（左）与仅顶层跟底层间距 8mm（右）：顶层为白色；第 2 层为深绿色；第 3 层为浅蓝色；第 4 层为棕褐色；第 2 层跟第 3 层的堆叠为浅绿色；任何层上无铜为玄色辐射发射与 CISPR 25对断绝式 5V 参考计划，咱们估计这种交织加上低级接地跟次级接地之间增添的 11pF 电容，只会对 200MHz 以上的辐射发射有所辅助。现实上，在全部高于 200MHz 的频率下，交织层使辐射发射可能合乎 CISPR 25 5 类尺度，即便不旁路电容器 C100 跟 C101 也是如斯（图 3）。在不交织层的情形下，咱们在低级接地跟次级接地之间须要额定的 Y 电容器，才干在雷同的频率范畴内合乎请求。有关发射测试设置，请参阅测试讲演。图 3. 无额定 Y 电容器的情形下，200MHz 以上辐射发射与 CISPR 25 5 类请求。此特定扫描未包括在断绝式 5V 参考计划测试讲演中。电路板以年夜于 10dB 的裕度到达了限度请求出其不意的是，在严厉的传导发射限度下，30MHz 至 108MHz 范畴的滤波（C101 跟 C102）失掉明显加强。借助低级接地跟次级接地之间 110pF 的无效附加电容，交织改良了全部 30MHz 至 108MHz 范畴内的传导降噪，幅度大概为 4dB 至 8dB。在该频率范畴内，交织使得成果从以 4dB 之差达不到请求，变为以 4dB 的裕度到达请求。传导发射与 CISPR 25图 4 跟图 5 表现了这两个电路板的传导发射扫描，独一的差别是内层交织。两次扫描都在雷同的线路阻抗稳固收集 (LISN) 长进行，采取雷同的共模电池线路滤波，以及雷同的 5V 输出 100mA 负载。图 4. 断绝式 5V 参考计划（有交织层）传导发射与 CISPR 25 5 类（30MHz 至 108MHz）：以 4.5dB 的裕度到达请求，最坏情形是在 82MHz 下停止的“CISPR 均匀值”检测图 5. 未宣布电路板（无交织层）传导发射与 CISPR 25 5 类（30MHz 至 108MHz）：以 3.8dB 的裕度未到达请求，最坏情形是在 32MHz 下停止的 CISPR 均匀值检测估量电容为 11pF 的交织层对滤波的奉献弘远于在 Y 电容器的无效 110pF 电容上增添 11pF，后者将使滤波改良约1dB。内层接地层可下降桥接 Y 电容器的无效电感，使它们可能更好地分流这些高频谐波。这一滤波改良加上近端接地立体的长处，能够进步电容器滤波的机能，无论目的是限度输出噪声、把持非断绝式利用中的发射，仍是增加半导体上的应力跟毛病。
