电子模块及具有该电子模块的车辆的制作方法

本发明涉及一种车辆电子模块及具有该电子模块的车辆，更具体地，涉及一种消除车辆中产生的电磁干扰(emi)的技术。

背景技术：

由于用于电动车辆的电力变换器(比如，变换器、慢速充电器等)使用高速开关方式以产生理想的电压类型，因此，用于减少由于电压和电流改变而产生的噪声的emi滤波器是必要的。传统的emi滤波器利用无源组件，包括共模(cm)电感、y电容和x电容。在无源emi滤波器中，cm电感和y电容用于减少cm噪声，并且在对电源线滤波器进行设计时，减少cm噪声是重要因素。cm电感使用环形磁芯。由于cm电感需要高级磁芯以实现高衰减率，因此，增加了cm电感的尺寸并且提高了cm电感的价格。另外，绕组是手工绕制的，在性能统一和大量生产方面存在限制。因此，尽管可以通过增加y电容的电容来实现高衰减率，但是，当电容增加时y电容的漏电流也增加，因此，在电容的使用方面存在限制。

已经开展了关于有源emi滤波器的研发，以克服无源emi滤波器的限制。有源emi滤波器感测电源线中cm噪声的电压或电流，从而主动地抵消噪声，有源emi滤波器包括噪声感测电路、抵消电路和控制电路。有源emi滤波器中使用的感测电路和抵消电路可以利用cm电感或电容，并且有源emi滤波器可以根据拓扑分类成电压感测电压抵消型滤波器、电压感测电流抵消型滤波器、电流感测电压抵消型滤波器、电流感测电流抵消型滤波器。

应该理解的是，前面对于背景技术的描述仅仅用于促进理解本发明的背景的目的，而不应被理解成承认相关技术是本领域技术人员已知的。

技术实现要素：

本发明提供一种车辆电子模块及具有该模块的车辆，通过利用印刷电路板(pcb)绕组结构代替有源emi滤波器模块的抵消部件而使车辆电子模块的尺寸可变并且使生产率更高。

在本发明的示例性实施方案的一个方面，电子模块可以包括：传感器、抵消单元和控制器；所述传感器配置成检测电源线的共模电磁干扰(emi)噪声；所述抵消单元配置成将用于消除emi噪声的抵消电压传输到电源线；所述控制器配置成产生与所述传感器所检测的emi噪声对应的抵消电压。所述传感器和所述抵消单元可以以至少一个pcb的堆叠结构而形成。

在一些示例性实施方案中，所述抵消单元可以包括第一绕组、第二绕组和磁芯，其中，所述第一绕组配置成接收所述控制器产生的抵消电压，所述第二绕组配置成对抵消电压进行变压并将经变压的电压供应到电源线，所述磁芯配置成将所述第一绕组和所述第二绕组电连接。所述抵消单元可以包括形成所述第一绕组的第一pcb、形成所述第二绕组的第二pcb，以及形成所述磁芯的第三pcb。

所述控制器可以包括运算放大器和晶体管。所述控制器可以包括电阻，并且可以配置成基于电阻产生与emi噪声对应的抵消电压。所述控制器可以与所述第一绕组或所述第二绕组一起设置在pcb上。

在其他的示例性实施方案中，可以基于所述抵消单元的匝数比在pcb上形成接线结构。pcb可以包括将该pcb电连接到第二pcb的孔结构。所述电子模块可以进一步包括配置成消除emi噪声的无源组件。

根据本发明的示例性实施方案的另一个方面，车辆可以包括：电源、电源线、传感器、抵消单元和控制器；所述电源配置成对车辆供应电力；所述电源线配置成将从所述电源供应的电力传输到车辆；所述传感器配置成检测所述电源线的电磁干扰(emi)噪声；所述抵消单元配置成将用于消除emi噪声的抵消电压传输到电源线；所述控制器配置成产生与所述传感器所检测的emi噪声对应的抵消电压。所述传感器和所述抵消单元可以以pcb的堆叠结构而形成。

所述抵消单元可以包括第一绕组、第二绕组和磁芯，其中，所述第一绕组配置成接收所述控制器产生的抵消电压，所述第二绕组配置成对抵消电压进行变压并将经变压的电压供应到电源线，所述磁芯配置成将所述第一绕组和所述第二绕组电连接。所述抵消单元可以包括形成所述第一绕组的第一pcb、形成所述第二绕组的第二pcb，以及形成所述磁芯的第三pcb。

所述控制器可以包括运算放大器和晶体管。所述控制器可以包括电阻，并且配置成基于电阻产生与emi噪声对应的抵消电压。所述控制器可以与所述第一绕组或所述第二绕组一起设置在一个pcb上。

可以基于所述抵消单元的匝数比在pcb上形成接线结构。pcb可以包括配置成将该pcb电连接到第二pcb的孔结构。所述车辆可以进一步包括配置成消除emi噪声的无源组件。

附图说明

根据下面结合附图对示例性实施方案进行的描述，本发明的这些和其他方面会变得明显并且更容易理解，附图中：

图1为示出根据本发明的示例性实施方案的车辆的外部的示例性视图；

图2为示出根据本发明的示例性实施方案的车辆电子模块的示例性控制方框图；

图3为示出根据本发明的示例性实施方案的车辆的示例性控制方框图；

图4为根据本发明的示例性实施方案的示例性电路图；

图5a和图5b为根据本发明的另一个示例性实施方案的示例性电路图，其为根据本发明的示例性实施方案的抵消单元的示例性电路图；

图6a和图6b为用于描述根据本发明的示例性实施方案的抵消单元的操作的示例性视图；

图7a和图7b为示出根据本发明的示例性实施方案的车辆电子模块的示例性视图；

图8a至图8e为示出根据本发明的示例性实施方案的车辆电子模块的示例性分解图；以及

图9a至图9c为示出根据本发明的另一个示例性实施方案的噪声减少结果的示例性图。

具体实施方式

应当理解，此处所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语通常包括机动车辆，例如包括运动型多用途车辆(suv)、大客车、大货车、各种商用车辆的乘用车辆，包括各种舟艇、船舶的船只，航空器等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力电动车辆、氢动力车辆以及其它替代性燃料车辆(例如源于非石油的能源的燃料)。正如此处所提到的，混合动力车辆是具有两种或更多种动力源的车辆，例如汽油动力和电力动力两者的车辆。

本文中所使用的术语仅出于描述具体实施方案的目的，并且并不旨在限制本发明。如本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“所述”旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确指示。将进一步理解的是，当被用在该说明书中时，术语“包括”和/或“包含”，指定存在陈述的特征、数值、步骤、操作、元件、和/或零件，但不排除存在或增加一个或多个其他特征、数值、步骤、操作、元件、零件、和/或其组合。如本文中所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关联的所列出的项目的任意和全部组合。例如，为了使本发明的描述清楚，不显示不相关的部件，并且为了清楚，夸大了层和区域的厚度。此外，当陈述层在另一层或衬底“上”时，该层可以直接地在另一层或衬底上或者可以在其间设置第三层。

尽管将示例性实施方案描述为利用多个单元来执行示例性过程，但是应当理解，也可以由一个或多个模块来执行示例性过程。此外，应当理解，术语控制器/控制单元指的是包括存储器和处理器的硬件装置。存储器配置为存储模块，处理器具体地配置为执行所述模块以进行下面进一步描述的一个或多个过程。

除非具体陈述或根据上下文是明显的，此处所使用的术语“大约”理解为在本领域的正常公差范围内，例如在2个平均值的标准偏差内。“大约”能够理解为在陈述的值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％、或0.01％内。除非根据上下文另有明确说明，此处所提供的所有数值由术语“大约”进行修改。

在整个说明图中，同样的附图标记表示同样的元件。说明书不对示例性实施方案的所有元件进行描述，并且将省略示例性实施方案中的相关技术的一般内容和重复内容。说明书中使用的术语“单元”、“模块”、“构件”和“块”表示的组件可以通过硬件或软件进行实施。根据实施方案，也可以将多个单元、模块、构件和块实施为一个组件或者一个单元、模块、构件或块，以包括多个元件。

应该理解，当元件被称为“连接”到另一个元件时，其可以直接地连接或者经由另一个元件间接地连接。间接的连接包括经由无线通信网络的连接。另外，除非明确地描述了相反的方面，当部件“包括”一些元件时，意思是不排除其他的元件，而是可以进一步包括这些元件。例如“第一”、“第二”等等的术语用于将一个组件与另一个组件区分开，并且这些术语不限制范围。步骤中所使用的参考字符用于便于阐述，并且不限制步骤的顺序，但是步骤可以以不同的顺序执行，除非具体地指出顺序。

下文中，将参考所附附图对本发明的工作原理和实施方案进行描述。

图1为示意地示出根据示例性实施方案的车辆的外部的示例性立体图。参照图1，车辆1可以包括车身10以及车轮12和13，其中，车身10限定外部，车轮12和13配置成使车辆1移动。车身10可以包括发动机罩11a、车身顶盖11b、行李箱盖11c、前挡泥板11d和后侧围板11e，其中，发动机罩11a保护驱动车辆1所需要的各种装置(比如，发动机)，车身顶盖11b形成车内隔间，行李箱盖11c包括存储隔间，前挡泥板11d设置在车辆的侧面。另外，铰接到车身10的多个车门15设置在车身10的侧面。

前窗19a可以设置在发动机罩11a和车身顶盖11b之间，提供从车辆1向前的视野，后窗19b可以设置在车身顶盖11b和行李箱盖11c之间，提供在车辆后方的向后方向上的视野。另外，侧窗19c可以设置在车门15的上侧，提供在侧方向上的视野。另外，前照灯15提供在车辆1的行驶方向上的照明，其可以设置在车辆1的前部。此外，指示车辆1的行驶方向的转向灯可以设置在车辆1的前部和后部。车辆1可以通过使转向灯16闪烁指示行驶方向。另外，尾灯17可以设置在车辆1的后部。设置在车辆1的后部的尾灯17可以指示车辆1的挡位状态、制动操作状态等等。

至少一个车辆电子模块100可以设置在车辆1的内部。车辆电子模块100可以配置成进行与车辆1的操作相关的电子控制。车辆电子模块100可以根据设计者的选择安装在车辆1内的预定位置。例如，车辆控制器102可以设置在发动机室和仪表板之间，或者可以设置在中央仪表板中，或者设置在行李箱中。车辆电子模块100可以包括至少一个处理器，其配置成接收电子信号、对所接收的电子信号进行处理并且输出处理结果。可以利用半导体芯片和相关组件来执行处理器。半导体芯片和相关组件可以设置在车辆1中的印刷电路板(pcb)上。

图2为示出根据本发明的示例性实施方案的车辆电子模块100的示例性控制方框图。参照图2，车辆电子模块100可以包括传感器101、控制器102和抵消单元103。传感器101可以配置成测量电源线的共模电磁干扰(cmemi)噪声电压。emi噪声指的是电磁干扰影响电磁波信号时产生的干扰。传感器101可以是高通滤波器。另外，传感器101可以包括无源组件，其可以是cm电感或电容。传感器101可以配置成检测emi噪声电压，并且将检测结果发送到控制器102。抵消单元103可以配置成将抵消电压传输到电源线以消除emi噪声。抵消电压可以配置成消除emi噪声，该抵消电压指的是与emi噪声具有相同幅值且与emi噪声具有相反极性的电压。

传感器101和抵消单元103可以包括第一绕组、第二绕组和磁芯。传感器101和抵消单元103可以具有变压器的属性。根据本发明的示例性实施方案，传感器101和抵消单元103可以以堆叠的pcb的结构而形成。通过以堆叠结构形成传感器101和抵消单元103，可以制造具有一致性能的车辆电子模块100。另外，由于传感器101和抵消单元103形成在pcb中，因此，可以用减小的尺寸形成车辆电子模块100。此外，可以根据所需要的电感值和匝数比制造形成传感器101和抵消单元103的pcb。下面将对与所需要的电感值和匝数比相关的细节进行描述。

控制器102可以配置成产生与传感器101所检测到的emi噪声对应的抵消电压。控制器102可以配置成输出抵消电压，以消除传感器101所检测到的emi噪声。控制器102可以包括运算放大器(op-amp)和晶体管。另外，控制器102可以包括至少一个电阻，用户可以调节电阻并且输出抵消电压。此外，控制器102可以设置在pcb上。控制器102可以与上述的抵消单元103一起设置在pcb上。另外，尽管已经通过慢速充电器的电源线噪声的示例对如图2中所示的车辆电子模块进行了描述，但是，车辆电子模块可以用于各种车辆的逆变器、变换器等等。而且，电子模块可以应用于除车辆以外的各种电子产品。

图3为示出根据本发明的示例性实施方案的车辆的示例性控制方框图。参照图3，车辆可以包括图2中所示的车辆电子模块100，并且可以包括电源201和电源线202。电源201可以配置成对车辆供电。通常，电源201的标准可以是220v、60hz，但是，示例性实施方案不限于此。电源201可以配置成将电能经由电源线202供应到车辆。如上所述，车辆电子模块100可以配置成测量电源线202的emi噪声，并且可以配置成产生并输出用于消除emi噪声的抵消电压。尽管图3中未示出，但是，能够利用无源组件(比如，电感和电容)消除噪声的电路可以设置在电源201中。下面将对其细节进行描述。

根据图2和图3中所示的组件的性能，可以添加或去除至少一个组件。此外，本领域技术人员容易理解的是，可以根据系统的性能或结构改变组件的相对位置。

图4为根据本发明的示例性实施方案的示例性电路图。参照图4，图4中示出了电源201、电源线202、无源组件和车辆电子模块100。电源201可以配置成将电能经由电源线202供应到车辆。车辆电子模块100可以包括抵消单元103、控制器102和传感器101。当电源201经由电源线202供应电能时，可能会产生emi噪声。可以通过传感器101测量emi噪声。传感器101可以具有高通滤波器的属性。传感器101可以包括cm电感或电容。传感器101可以连接到控制器102。可以根据传感器101的电容和控制器102的电阻设置通过传感器101滤波的频率。

此外，图4中所示的控制器102可以包括运算放大器和两个电阻r1、r2。图4中所示的控制器102可以是反相放大器。可以根据控制器102中包括的电阻的值的比调节从控制器102输出的抵消电压。可以根据下列等式1得到根据控制器102中包括的电阻所计算的增益。

等式1

参照等式1，a1表示控制器102的增益，r1和r2表示控制器102中包括的电阻的阻值。因此，可以通过调节r1和r2的值调节从控制器102输出的抵消电压的值。另外，如图4中所示，传感器101和抵消单元103可以以变压器的形式形成，下面将对其进行详细的描述。无源组件(例如，电感、电容和电阻)可以连接到车辆电子模块100，以消除噪声。

图5a和图5b为根据本发明的另一个示例性实施方案的示例性电路图。在图5a的示例性电路图中，电感l1包括在车辆电子模块100(车辆电子模块100显示在图4的电路中)的外部无源组件中。图5b为在图4的电路中进一步添加电感l1和电容c1的示例性电路图。尽管车辆电子模块100可以包括具有运算放大器的有源电路，但是，可以借助无源组件更有效地消除噪声，其中，无源组件可以包括如图5a和图5b中所示的电路中的电感l1和电容c1。

图6a和图6b为用于描述根据本发明的示例性实施方案的传感器101和抵消单元103的操作的示例性视图。图6a和图6b为车辆电子模块100的电压单元的放大视图。如上所述，尽管传感器101和抵消单元103可以形成为pcb的层结构，传感器101和抵消单元103也可以大体上具有与变压器相同的功能。传感器101和抵消单元103可以包括借助磁芯彼此电连接的第一绕组和第二绕组。第一绕组可以连接到控制器102，第二绕组可以连接到电源线。

图6b为示出传感器101和如图6a中所示的抵消单元103之间的磁芯的示例性详细视图。第一绕组和第二绕组可以借助磁芯彼此电连接。传感器101和抵消单元103可以包括一个第一绕组单元、两个第二绕组和公共磁芯。另外，传感器101和抵消单元103可以配置成从第一绕组到第二绕组感应电压。第一绕组和第二绕组可以形成在pcb中，下面将对其进行描述。此外，磁芯可以由磁性材料(比如，纳米晶体、金属粉末、铁氧体等等)形成，并且，只要第一绕组和第二绕组借助磁芯彼此电连接，就不限制形成磁芯的材料的类型。

另外，传输电压的幅值可以根据传感器101和抵消单元103之间的匝数比而变化。可以根据下面的等式2得到从传感器101和抵消单元103输出的总增益。

等式2

参照等式2，r2和r1是如上所述的控制器102中的电阻值，n1表示第一绕组的绕组值，n21和n22表示第二绕组的绕组值。通过控制器102、传感器101和抵消单元103的电压可以用于根据等式2消除emi噪声。上述变压器的操作是用于描述根据本发明的示例性实施方案的示例，本发明的操作不限于此。

图7a和图7b显示根据本发明的示例性实施方案的车辆电子模块100。参照图7a，可以提供五个pcb。尽管图7a显示了五个pcb，但是，根据本发明的示例性实施方案，最上面的pcbp1和最下面的pcbp5可以形成为形成第二绕组的第二pcb，中间的pcbp3可以将抵消单元103的第一绕组和第二绕组彼此电连接。剩下的pcbp2和p4可以形成第一绕组。传感器101和控制器102可以设置在最下面的pcbp5上。在图7a中，为了便于描述，pcb指的是从顶部开始按顺序的第一至第五衬底。

如图7a中所示，车辆电子模块100可以形成为堆叠结构，并且第一衬底p1和第五衬底p5可以形成第二绕组。另外，第二衬底p2和第四衬底p4可以形成第一绕组。孔结构h可以将衬底彼此电连接，其可以设置在每个衬底中。第三衬底p3可以具有用于连接第一衬底p1和第五衬底p5并且连接第二衬底p2和第四衬底p4的孔结构h。可以借助该结构形成抵消单元103的输入和输出绕组。磁芯可以设置在第三衬底p3中。

第二衬底p2和第四衬底p4可以借助孔结构h连接到控制器102的运算放大器的输出端，所述第二衬底p2和所述第四衬底p4为抵消单元103的输入绕组和第一绕组。第三衬底p3可以具有用于连接第一衬底p1和第五衬底p5并且连接第二衬底p2和第四衬底p4的孔。因此，可以形成第一绕组和第二绕组。磁芯可以插入到堆叠的第三衬底中，并且可以通过将pcb堆叠到磁芯的高度水平来形成磁芯。

图7b为示出图7a中所示的衬底的集合的示例性视图。在示例性实施方案中，尽管导体插入到每个pcb的孔结构中以连接变压器绕组，但是，也可以通过利用制造pcb时的多层pcb制造方案使pcb层彼此连接。如图7a和图7b中所示的pcb的堆叠结构是用于描述示例性实施方案的操作的示例，并且不限于此。

图8a至图8e是根据本发明的示例性实施方案的车辆电子模块100的示例性详细视图。图8a至图8e都显示了本发明的车辆电子模块100的每层的pcb的结构。每个pcb可以形成车辆电子模块100的抵消单元103。具体地，如图8e中所示的电路板可以包括传感器101和控制器102。如图8a至图8e中所示的pcb的结构可以根据抵消单元103的匝数比而不同地形成。

图9a至图9c是示出根据本发明的另一个示例性实施方案的噪声减少结果的结构示例性图。图9a显示未应用车辆电子模块100时的实验结果。图9b显示应用了车辆电子模块100时的实验结果。图9c显示使用另外的无源组件时的实验结果。在图中，x轴表示频率值，y轴表示噪声强度。

当将图9a和图9b进行比较时，应用车辆电子模块100时可以减少大约20db的噪声。另外，当将图9a和图9c进行比较时，可以减少大约40db的噪声。当将图9a和图9c进行比较时，在特定频率范围内，图9c显示提高的噪声减少效果。当无源组件用于在包括低频带的频率范围内获得噪声减少特性时，可以扩大组件的尺寸。因此，当应用本发明的车辆电子模块100时，可以保证需要额外衰减的频带中的噪声减少效果，并且当与尺寸减少并且用于减少共模的另外的无源组件结合时，可以获得进一步改善的噪声减少效果。

从上述描述中显而易见的是，在根据本发明的示例性实施方案的车辆电子模块和具有该模块的车辆中，可以利用pcb绕组结构代替emi滤波器模块的抵消单元。因此，可以提高车辆电子模块的生产率，并且可以减小其尺寸。

已经参照附图对以上所公开的示例性实施方案进行了描述。本领域技术人员应该理解，可以通过除所公开的示例性实施方案以外的形式来形成各种示例性实施方案，而不脱离本发明的精神和本质特征。所公开的示例性实施方案是说明性的，不应该理解成限制性的。