EMC整改车载充电机(OBC):AC-DC转换共模噪声

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发布时间: 2025-07-04 11:30
最后更新: 2025-07-04 11:30
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详细说明

车载充电机(OBC)的 AC-DC 转换环节是共模噪声的主要来源,这类噪声若不加以抑制,可能通过电源线传导至车辆低压系统或通过空间辐射干扰车载无线通信(如蓝牙、5G)、雷达等敏感设备。以下从共模噪声产生机理、测试与诊断及针对性优化方案三方面展开说明:

一、AC-DC 转换中共模噪声的产生机理

共模噪声(Common Mode Noise)指相线(L/N)与接地端(车身 / 外壳)之间的非对称干扰,OBC 的 AC-DC 环节中主要由以下原因产生:


开关管高频开关动作

功率 MOSFET 或 IGBT 在高频开关(通常 10kHz~200kHz)时,漏极 - 源极(或集电极 - 发射极)间的电压快速跳变(dv/dt 可达 100V/ns 以上),通过开关管与散热片之间的寄生电容(C_iss、C_ds)向接地端耦合噪声。

高频变压器的原副边绕组间存在寄生电容(C_pri-sec),原边的高频电压波动通过该电容耦合至副边,形成跨隔离的共模噪声。

输入整流与滤波环节

桥式整流二极管的反向恢复电流会产生高频尖峰,通过整流桥与外壳的寄生电容传导至接地端。

输入滤波电容(电解电容)的 ESR(等效串联电阻)在高频下增大,导致对共模噪声的吸收能力下降。

接地与布局寄生参数

AC 输入线、DC 输出线与车身(接地)之间的布线形成 “天线效应”,将共模噪声辐射到空间;PCB 上接地平面分割不合理,形成共模电流环路(面积越大,辐射能力越强)。

二、共模噪声的测试与诊断方法

传导共模噪声测试

按 ISO 11452-2 或 CISPR 25 标准,使用LISN(线路阻抗稳定网络) 测量 AC 输入端(L/G、N/G)的共模噪声频谱(150kHz~30MHz),重点关注开关频率的谐波(如 10kHz×n)是否超标。

用电流探头检测共模电流路径:将探头夹在 AC 线与地线之间,通过频谱仪观察噪声峰值对应的路径(如开关管散热片接地线、变压器副边引线),定位主要辐射源。

辐射共模噪声诊断

在电波暗室中通过双锥天线或对数周期天线测量 30MHz~1GHz 的辐射噪声,结合近场探头(磁场探头检测线圈 / 变压器,电场探头检测开关管区域)定位噪声发射点。

采用 “断电注入法”:断开主功率回路,向开关管栅极注入高频信号,观察噪声变化,判断是否由开关管寄生参数主导。

三、共模噪声的优化方案(针对性微调,不改变主拓扑)(一)抑制噪声源:降低开关管与变压器的共模激励

开关管 dv/dt 控制

在 MOSFET/IGBT 的栅极驱动电阻(Rg)上并联 1 只小容量电容(10~30pF),减缓开关管的开通 / 关断速度(dv/dt 降低 20%~30%),避免增加开关损耗(需仿真验证损耗变化)。

选用软开关拓扑变种(如原 LLC 谐振拓扑中,微调谐振参数使开关管在零电压开通,降低开通时的电压跳变)。

变压器寄生电容抑制

变压器原副边之间增加三层屏蔽结构(原边侧绕 1 层铜箔,副边侧绕 1 层铜箔,中间夹 1 层接地屏蔽铜箔),中间屏蔽层直接连接至 AC 输入地(或车身地),将原副边寄生电容 C_pri-sec 从数百 pF 降至 50pF 以下。

骨架选用低介电常数材料(如陶瓷骨架替代塑料骨架),减少绕组间的电容耦合。

(二)阻断噪声传导路径:优化滤波与接地

输入共模滤波增强

在 AC 输入端的共模电感(CM choke)后增加 1 级 π 型共模滤波:串联 1 只小型共模电感(磁芯选用高磁导率锰锌铁氧体,电感量 5~10mH)+ 并联 2 只 Y 电容(X2 安规,容值 2200pF~4700pF,跨接 L/G 和 N/G),针对 150kHz~3MHz 频段(原滤波对该频段抑制不足)。

共模电感的绕制方式优化:采用 “双线并绕 + 分层绕制”,减少漏感(漏感过大会导致差模噪声增大),引脚处套磁珠(抑制高频噪声沿引脚传导)。

接地与屏蔽调整

开关管散热片通过1 只 10nF Y 电容(而非直接接地)连接至 AC 输入地,利用电容的容抗特性(高频导通、低频阻断),仅将高频共模噪声导入地,避免低频环路电流。

PCB 布局中,将 AC 输入滤波电路、开关管区域、变压器、DC 输出电路按 “信号流向” 依次排列,避免接地平面分割,共模电流环路面积控制在 50cm² 以内(通过缩短接地路径实现)。

(三)吸收与衰减噪声:局部电路补充

高频吸收电路

在变压器原边并联RC 吸收网络(R=100Ω~1kΩ,C=100pF~1nF,封装 0805),抑制开关管关断时的电压尖峰(尖峰是高频共模噪声的重要来源)。

在 DC 输出端正极与地之间、负极与地之间各并联 1 只 100pF 陶瓷电容(靠近输出接口),吸收输出线的共模噪声。

线缆屏蔽处理

AC 输入线与 DC 输出线采用屏蔽线,屏蔽层单端接地(AC 端屏蔽层接 LISN 接地端,DC 端屏蔽层接车身地),避免屏蔽层形成环路;线缆长度控制在 1.5m 以内(过长会增强天线效应)。

四、优化效果验证

通过上述调整,可实现:


传导共模噪声在 150kHz~30MHz 频段降低 15~25dB,满足 CISPR 25 Class 5 标准;

辐射噪声在 30MHz~1GHz 频段降低 10~15dB,避免对车载雷达(77GHz)、蓝牙(2.4GHz)的干扰;

硬件改动成本增加≤5%(主要为滤波元件与屏蔽材料),且不影响 OBC 的效率(保持≥94%)和散热性能。


调试时建议采用 “分步测试法”:先优化滤波电路,再调整接地与屏蔽,最后微调开关参数,逐步定位zuijia方案。


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