车辆用的电磁干扰抑制的制作方法

本发明涉及车辆用的电磁干扰抑制。

背景技术：

机动车的逆变器电动机驱动系统中，存在逆变器的开关电路内的半导体生成急速切换的电压和电流的情况。该急速切换的电力，可能与其他板上电子器件发生干扰，可能引起不想要的电磁干扰(emi)。为了控制emi，存在由机动车制造商、国际标准化机构和/或政府机构规定了电磁兼容性(emc)要求的情况。例如，逆变器典型而言为了确认符合规定的emc标准而被试验。取决于情况，在emc标准中，可能限制对于辐射发射(re)和传导发射(ce)允许的最大噪声水平、以及抗扰度试验用的输入/输出(i/o)信号的阈值。但是，控制emi的现有的努力可能仍然是不充分的。

技术实现要素：

用于解决课题的技术方案

某些实施方式包括减少电磁噪声用的结构和技术。例如，一些实施例中，装置可以包括具有开关电路的逆变器。进而，第一电路具有第一电路接地线，第二电路具有第二电路接地线。例如，第二电路可以与开关电路电连接，第二电路接地线可以与第一电路接地线电连接。第一电容器可以电连接在第一电路接地线与主接地线之间。另外，第二电容器可以电连接在第二电路接地线与主接地线之间。另外，连接至主接地线的第一导电通路的第一阻抗，可以大于连接至主接地线的第二导电通路的第二阻抗。第一导电通路可以包括第一电路接地线和第一电容器，第二导电通路可以包括第二电路接地线和第二电容器。

附图说明

详细说明是参考附图记载的。在附图中，附图标记的最左位识别附图标记最初出现所在的图。不同图中使用相同的附图标记，表示类似或相同的项目或特征。

图1表示本说明书的某些实施方式的、包括减少后的emi的示例的逆变器电动机驱动系统。

图2表示某些实施方式的、逆变器的放大截面图。

图3表示某些实施方式的、沿着图2的线3-3观察的印刷电路板和逆变器的顶面图。

图4表示某些实施方式的、表示本说明书的结构和技术对emi抑制可以如何进行改善的一例的曲线图。

图5表示某些实施方式的逆变器的一例。

图6表示某些实施方式的逆变器的一例。

图7表示某些实施方式的逆变器的一例。

具体实施方式

本说明书的技术包括使由逆变器生成的emi减少用的新的结构和技术。本说明书中，逆变器可以包括将直流(dc)变换为交流(ac)用的绝缘栅双极型晶体管(igbt)或其他开关电路等的开关电路。逆变器还可以包括电动机控制电路、附带的电动机控制电路接地线、栅极驱动电路和附带的栅极驱动电路接地线。

印刷电路板可以包括电动机控制电路、电动机控制电路接地线、栅极驱动电路和栅极驱动电路接地线。电感器(例如发挥相当于电感器作用的磁珠(chipbeads))可以使电动机控制电路接地线与栅极驱动电路接地线连接。印刷电路板能够安装在包括开关电路的逆变器壳体上。逆变器壳体可以是导电性的，和/或可以包括接地至车辆的主体、车辆的车架等主接地和/或接地面的1个以上导电通路。某些实施例中，金属制的底板或其他导体能够使逆变器壳体与主接地(接地面)电连接。

另外，逆变器内的开关电路，可以与至少2根引线连接。引线中的第一引线可以为了对开关电路提供栅极开关信号而与栅极驱动电路连接，也可以与接地电路连接。第二引线可以用于栅极接地信号，也可以与栅极驱动电路接地线连接。

至少1个第一电容器可以使mc电路接地线连接至逆变器壳体接地线例如作为第一逆变器壳体接地线。至少1个第二电容器可以使栅极驱动电路接地线连接至逆变器壳体接地线例如作为第二逆变器壳体接地线。第二电容器能够承担使由开关电路引起的辐射emi减少的作用。例如，通过使用本说明书的结构和技术，可以将vhf(甚高频)波段(例如约45mhz～109mhz)中的电磁噪声等辐射发射(re)抑制在足以满足各种emc要求的量。与此相应地，本说明书的实施方式中，在栅极驱动电路接地线与逆变器壳体接地线之间设置低阻抗通路，用它将由开关电路生成的噪声电流分流至接地面，由此能够有效地抑制由逆变器电动机驱动系统生成的vhf波段范围的re噪声。

取决于情况，第二电容器以具有能够使栅极驱动电路接地线与第二逆变器壳体接地线位置之间的通路阻抗比包括栅极驱动电路接地线、电感器、电动机控制电路接地线、第一电容器和第一逆变器壳体接地位置的通路的阻抗更小的静电电容的方式决定大小。与此相应地，本发明的实施方式使vhf波段的由开关电路生成的电磁噪声的re减少。例如，至少1个第二电容器在栅极驱动电路接地线与逆变器壳体接地线之间连接。第二电容器的静电电容以确保从栅极驱动电路接地线直到逆变器壳体接地线的通路阻抗与代替通路的阻抗、即从栅极驱动电路接地线经过磁珠(例如发挥使栅极驱动电路接地线与电动机控制电路接地线连接的电感器的功能)、电动机控制电路接地线、经过使电动机控制电路接地线与逆变器壳体接地线连接的1个以上第一电容器的通路的阻抗更小的方式选择。

本说明书的实施例提供沿着车辆的低电压信号线束流过的电磁噪声电流的有效的减少，抑制vhf波段中的re噪声。进而，本说明书的实施例不限定于使用单一的第二电容器。例如，为了也使因在噪声传递通路内包括第二电容器而可能产生的任何不想要的振动衰减等，也可以在1个以上第二电容器中包括1个以上电阻。另外，本说明书的实施例不限定仅使用1种或1个类型的电容器作为第二电容器。例如，为了提高第二电容器的噪声电流旁通性能，能够组合(例如并联或串联地)使用具有不同静电电容的电容器、以及不同类型的电容器。

为了讨论的目的，某些实施方式在机动车用途中的逆变器的emi噪声减少的环境中进行说明。但是，本说明书的实施方式并不限定于提供的特定的例子，对于本领域技术人员对照本说明书的公开内容可知，可以扩展至其他服务环境、其他用途、其他类型的设备等。

图1表示本说明书的某些实施方式的、包括减少后的emi的示例的逆变器电动机驱动系统100。本实施例中，车辆102包括逆变器104、蓄电池106和电动机108。例如，逆变器104可以包括开关电路110，开关电路经由高电压dc(hvdc)线缆112从蓄电池106接受dc电力，将dc电力转换为ac电力，ac电力被经由高电压ac(hvac)线缆114传输至电动机108。能够使用各种类型的开关电路，作为一例，开关电路110可以包括将高电压dc电流转换为多级正弦波ac波形等不完整的或模拟的正弦波的三相igbt电路。其他例子中，开关电路110能够生成方波、完整正弦波或其他ac波形。与此相应地，本说明书的实施方式对于逆变器104并不限定为任何特定类型的ac输出。

逆变器104还包括在印刷电路板120上配置的栅极驱动电路116和栅极驱动电路接地线118，印刷电路板能够包括任意的适当类型的电路板或支承体。另外，逆变器104也包括在印刷电路板120上配置的电动机控制电路122和电动机控制电路接地线124。印刷电路板120被安装在可以是金属、导电性的、或者用其他方法与逆变器壳体128电连接的底板126上。例如，印刷电路板120内的紧固件130可以使第一逆变器壳体接地线132和第二逆变器壳体接地线134经由底板126与逆变器壳体128电连接。

逆变器壳体128也可以是导电性的，并非如此的情况下可以包括通向车辆车架等可以相当于车辆的主接地的接地面140的导电通路。例如，逆变器壳体128可以用接地带或直接连接等接地连接142与接地面140电连接。蓄电池106可以用接地连接144接地至接地面140，电动机108可以用接地连接146接地至接地面140。另外，逆变器104能够包括对pcb120和在其上形成的电路进行覆盖保护的罩148。

信号连接器150能够使pcb120与低电压(lv)线束152连接，低电压(lv)线束152能够与车辆102内的其他电子部件154连接。例如，lv线束152承担使电子控制单元(ecu)(图1中未示出)相互连接、能够实现ecu之间的通信、以及与各种其他车辆电子设备连接的作用。例如，车辆速度控制器(例如脚踏板)(图1中未示出)例如控制电动机108的速度，为了用它控制车辆102的速度，能够经由lv线束152和信号连接器150对电动机控制电路122发送信号。作为一例，能够使用旋转角度传感器同步分解器，测量电动机旋转的程度，将这些程度的信号经由lv线束152对电动机控制电路122反馈，在此处计算电动机速度，与驾驶员设定(例如踏板位置)进行比较，能够与此相应地控制电动机速度。例如，电动机速度比驾驶员设定更低的情况下，电动机控制电路122能够为了生成使开关电路110内的igbt更长时间开启的栅极信号，而对栅极驱动电路116发送信号，由此逆变器104对电动机108输出更多的电流而使电动机速度增加。

本发明人判断现有的系统中，lv线束152可能成为源自逆变器104的vhf波段的辐射电磁干扰(即辐射发射)极大的原因。例如，噪声信号可能从开关电路110起、经过1个以上栅极驱动电路引线156、经过栅极驱动电路接地线118、经过电感器158(例如使栅极驱动电路接地线118连接至电动机控制电路接地线124的pcb磁珠)、经过电动机控制电路接地线124、经过信号连接器150、在lv线束152中流过。噪声信号可能作为可能与其他电子部件154发生干扰的emi，从lv线束152以辐射性发射的形式发射。

为了防止源自开关电路110的电磁噪声对电动机控制电路122造成影响，能够使栅极驱动电路接地线118与电动机控制电路接地线124分离。如上所述，栅极驱动电路接地线118能够单纯地经由仅1个连接，例如经由发挥电磁扼流圈功能的磁珠或其他电感器158中的1个以上，与电动机控制电路接地线124连接。例如，电磁扼流圈是抑制高频的交流电流的无源电气部件，能够包括线圈、铁氧体磁珠等。由此，电感器158在并非如此的情况下能够使从栅极驱动电路接地线118对电动机控制电路接地线124传输的某些emi减少。

另外，某些实施例中，1个以上第一电容器160能够使电动机控制电路接地线124与逆变器壳体128例如在第一逆变器壳体接地线132处连接。例如，相比于使电动机控制电路接地线124与第一逆变器壳体接地线132直接连接，为了保护电动机控制电路122不受静电放电影响，可以使1个以上第一电容器160与第一逆变器壳体接地线132连接，经由它与接地面140连接。1个以上第一电容器160因为例如噪声信号向接地面移动时的电感增加，而可能存在使例如由lv信号线束152发射的vhf波段的re噪声增加的倾向。

为了使由逆变器104引起的re噪声发射减少，本发明的实施方式包括使栅极驱动电路接地线118与第二逆变器壳体接地线134连接的至少1个第二电容器170。例如，第二电容器170能够以使由开关电路生成的噪声能够经过电容器170、底板126和壳体128流向接地面140的方式决定大小。某些实施例中，如以下所讨论的，第二电容器170可以具有10pf至100nf之间的静电电容。进而，某些实施例中，第二电容器170可以具有100pf至10nf之间的静电电容。

取决于情况，第二电容器170的静电电容也可以基于1个以上第一电容器160的静电电容和pcb120的pcb走线电感、以及第二电容器170与第二逆变器壳体接地线134之间的pcb走线电感决定。决定第二电容器的静电电容的追加的详情，例如关于图3在以下讨论。由此，本说明书中逆变器104为了抑制vhf波段的re噪声，可以包括在规定的位置包括指定的静电电容的电容器170中的至少1个。

图2表示某些实施方式的逆变器104的放大截面图。本实施例中，将开关电路110的一例示为igbt202，igbt202是用dc输入生成三相交流(ac)用的、能够使用小电压(例如15伏特等)进行电流/电压的控制的半导体。各对包括第一scr电路204和第二scr电路206。进而，取决于情况，电容器208可以包含在正线与负线之间。例如，电容器208可以是能够为了在开关电路110的两端维持稳定的电压、有助于保护开关电路110不受瞬间的电压尖峰影响而使用的较大值，例如数百μf的dc链路电容器。如上所述，为了驱动igbt202，至少一对引线156可以使栅极驱动电路116连接至开关电路110。例如，为了对igbt202的开关电路提供栅极信号，第一引线210可以与栅极驱动电路连接。另外，第二引线212可以传递栅极接地信号，也可以与栅极驱动电路接地线118连接。

如该技术领域中已知的，栅极驱动电路116为了在on状态与off状态之间控制igbt202的开关，也可以包括栅极驱动逻辑。例如，栅极驱动电路116接收来自电动机控制电路的信号，栅极驱动电路116也可以发送控制igbt202的开关用的开关信号。如上所述，电动机控制电路122为了控制电动机的速度，可以经由lv线束152和信号连接器150接收电动机控制信号，也可以对栅极驱动电路116发送对应的信号。例如，电动机控制电路122可以接收旋转角度、电动机线圈温度和igbt温度、输出电流等逆变器反馈信号等电动机反馈信号。基于这些反馈信号的分析，电动机控制电路122能够对栅极驱动电路116发送控制信号。

在图2的例子中，逆变器壳体128在140接地，包括安装在与逆变器壳体128电连接的导电性底板126上的印刷电路板120。开关电路110产生噪声，噪声可能进入栅极驱动电路接地线118。栅极驱动电路接地线118通过1个以上pcb磁珠或其他电磁扼流圈等电感器158，与电动机控制电路接地线124电连接。至少1个第一电容器160使电动机控制电路接地线124连接至第一逆变器壳体接地线132。进而，至少1个第二电容器170使栅极驱动电路接地线118连接至第二逆变器壳体接地线134。第二电容器170具有使栅极驱动电路接地线118与逆变器壳体接地线134之间的通路阻抗比栅极驱动电路接地线118、电感器158、电动机控制电路接地线124、第一电容器160和第一逆变器壳体接地线132之间的通路阻抗更小的静电电容。与此相应地，第二电容器170以使vhf波段的噪声电流经由逆变器壳体128旁通的方式，提供从栅极驱动电路接地线118向接地面140的更低阻抗的通路，由此能够有效地减少沿着lv线束152流过的噪声电流，使由lv线束152发射的vhf波段的辐射发射噪声减少。

图3表示某些实施方式的、沿着图2的线3-3观察的印刷电路板120和逆变器104的顶面图。在本实施例中，为了降低静电放电的可能性，而存在使电动机控制电路接地线124与对应的第一逆变器壳体接地线132(a)、132(b)和132(c)连接的3个第一电容器160(a)、160(b)和160(c)。另外，第二电容器170使栅极驱动电路接地线118连接至第二逆变器壳体接地线134。

如上所述，为了能够减少电磁噪声辐射而决定第二电容器170的静电电容，为此印刷电路板(pcb)120的走线电感l可以首先基于下式决定。

[式1]

此处，h是pcb部分的以mm为单位的高度(例如图3所示的电动机控制电路接地线124的高度)，w是pcb部分的以mm为单位的宽度(例如图3所示的电动机控制电路接地线124的宽度)，t是pcb走线的以mm为单位的厚度。例如，在6层pcb等某些pcb中，厚度t可以是18μm程度。

进而，在本实施例中，设想第一电容器160(a)、160(b)和160(c)的静电电容c1分别是9nf。另外，第一电容器160(a)～160(c)具有相互不同的静电电容c1的情况下，能够使用最低的静电电容c1。基于上式(1)，能够计算电动机控制电路接地线124的走线电感l1。另外，基于上式(1)，能够计算栅极驱动电路接地线118的走线电感lp。为了使噪声信号不是经由lv线束和第一电容器160(a)～160(c)，而是经过第二电容器地通过，能够将第二电容器的静电电容c2的阻抗z2与电感lp的和控制为比第一电容器的静电电容c1的阻抗z1与走线电感l1的和更小。下式能够在vhf波段范围例如67mhz下使用。

[式2]

与此相应地，第一静电电容c1＝9nf，对于电动机控制电路接地线124的pcb走线的大致尺寸是16cm×11cm×18μm、与pcb走线的lp对应的电感的大致尺寸是21mm×3mm×18μm的典型的印刷电路板，存在静电电容值c2大于10pf的可能性。换言之，pcb走线电感lp仅基于电容器170与第二逆变器壳体接地线134之间的pcb走线的高度h2和宽度w2决定。

与此相对，值c2过大时，第二电容器170过大而不能收容在印刷电路板120上，所以并不优选。结果，基于通过实验得到的经验，第二电容器170的静电电容c2可以限制在不足100nf。进而，某些实施例中，第二电容器170的静电电容c2的范围例如为了保证c2与lp的和即总阻抗被维持为相对于第一电容器160的范围充分低，而可以进一步限制在100pf至10nf的范围。

此处，不包括第二电容器170的情况下，存在源自开关电路的噪声电流流入栅极驱动电路接地线118、接着通过电感器158(例如磁珠或其他电磁扼流圈)而进入电动机控制电路接地线124的情况。噪声电流存在经过电动机控制电路接地线124和第一电容器160和信号连接器150流过、经由lv线束152向外部发出的情况。例如，在高频范围中，该通路具有比较高的阻抗，例如存在因电压转向天线效应而较强地辐射的情况。

与此相对，通过包括如上所述配置的第二电容器170和通过用上述方法选择第二电容器170的静电电容c2，来控制第二电容器170的静电电容c2，在栅极驱动电路接地线118与第二逆变器壳体接地线134之间形成更低阻抗的通路。从而，代替在电动机控制电路接地线124中流过地，由开关电路引起的噪声电流可以通过具有更低阻抗的该通路而向逆变器壳体接地线134移动。与此相应地，本说明书的实施方式使沿着lv线束152流过的噪声电流减少，也使vhf波段范围内的对应的re噪声减少。

图4表示某些实施方式的、表示本说明书的结构和技术对emi抑制可以如何进行改善的一例的曲线图400。本例中，第一曲线402表示不包括1个以上第二电容器的噪声，第二曲线404表示如上所述包括第二电容器的噪声。如406所示，没有第二电容器时，65至70mhz之间的范围的噪声，例如存在超过可能由车辆制造者、标准化组织、或政府机构规定的、规定的峰值限制408的可能性。另一方面，如410所示，在追加第二电容器之后，如上所述，65至70mhz之间的噪声可以降低至低于规定的峰值限制408。

图5表示某些实施方式的逆变器104的一例。本实施例中，与第二电容器170串联地包括电阻502。例如，包括电阻502，能够承担使因追加第二电容器170而可能发生的不想要的振荡衰减的作用。电阻502的电阻值可以在决定第二电容器的整体阻抗和pcb走线电感lp时决定考虑。例如，由于阻抗因包括电阻502而增加，所以第二电容器的静电电容可以与其相应地，以保持由第二电容器提供的通路的整体阻抗z2比上述阻抗z1更小的方式进行调整。作为一例，电阻502的电阻值可以在0.1至10欧姆的范围内，但其他状况下，具有更小或更大电阻值的电阻可以是适当的。

图6表示某些实施方式的逆变器104的一例。本实施例中，2个第二电容器170并联地连接至第二逆变器壳体接地线134。例如，第二电容器170(a)可以连接至第二逆变器壳体接地线134(a)，第二电容器170(b)可以连接至第二逆变器壳体接地线134(b)，它可以是与134(a)相同的场所或者也可以是不同的场所。各电容器可以如上所述地决定大小地选择。

取决于情况，电容器170(a)可以具有比电容器170(b)更大的静电电容，如上所述，为了使经过第二电容器170(a)或170(b)中的任一者的通路的阻抗比经过第一电容器160的通路和电动机控制电路接地线124的pcb走线的通路相加的阻抗更小，电容器170(a)和170(b)双方都可以具有比第一电容器160更大的静电电容。通过以具有与电容器170(b)的静电电容不同的静电电容的方式决定电容器170(a)的大小，图6的实施方式能够与例如使用单一的静电电容的电容器的情况相比，在更宽的频率范围中实现更宽范围的噪声除去。

进而，其他实施例中，进而串联地连接2个第二电容器，能够以其总静电电容在上述范围中的方式决定大小。进而，本说明书中图示说明了某些示例的结构，但多数其他变形对于受益于本说明书的公开的本领域技术人员而言是明显的。

图7表示某些实施方式的逆变器104的一例。本实施例中，在栅极驱动电路接地线118与电动机控制电路接地线124之间，除去了电感器158(例如将栅极驱动电路接地线118与电动机控制电路接地线124连接的pcb磁珠构成的电感等价物)。与此相应地，如将电动机控制电路接地线124与栅极驱动电路接地线118直接连接的电连接702所示，电动机控制电路接地线124可以与栅极驱动电路接地线118在pcb120上直接电连接。用电感器158表示的电感，在关于图1～图6以上所述的其他实施例的任一者中也可以同样地除去。

关于主题，以对于结构性特征和/或方法论行为特有的语言进行了记载，但附带的要求的权利范围中规定的主题，应当理解为并不限定于记载的特定的特征或行为。特定的特征和行为是作为实现要求的权利范围的示例的方式而公开的。

将以下优先权母案的公开内容作为引文并入本文。

美国专利申请15/928,321(2018年3月22日申请)。