新能源汽车电磁兼容EMC，从高压共模电感建模设计与仿真出发

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作者优秀: 优秀教师/意见领袖/博士学历/特邀专家/独家讲师
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导读：大家好，我是CST电磁兼容性仿真的主编-希格斯玻色子，2023年达索系统全球冠军计划成员，资深电子工程师。13年的硬件电路设计的工作经验，曾在三星电子，哈曼汽车系统从事硬件设计研发的工作，有三项实用新型专利和一项发明专利。近日我正式入驻仿真秀并认证讲师，将在仿真秀平台带来CST电磁兼容性仿真文章和技术服务等（以下文章在仿真秀官网搜索查阅）。

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一、高压电驱的共模电感设计现状

近年来，新能源汽车蓬勃发展。与传统汽车相比，新能源汽车EMC问题更加突出。这是因为新能源汽车动力直接使用电驱动系统，高压附件的使用会使电磁干扰问题的更为严重。要解决电驱动的EMC问题需要用到共模电感。而共模电感(Common mode Choke)，也叫共模扼流圈，常用于电脑的开关电源中过滤共模的电磁干扰信号。在板卡设计中，共模电感也是起EMI滤波的作用，用于抑制高速信号线产生的电磁波向外辐射发射。

图1

如图1某种磁性材料的磁环上绕上同向的一对线圈，当交变电流通过时，因为电磁感应而在线圈中产生磁通量。对于差模信号，产生的磁通量大小相同、方向相反，两者相互抵消，因而磁环产生的差模阻抗非常小;而对于共模信号，产生的磁通量大小和方向均相同，两者相互叠加从而使磁环产生了较大的共模阻抗。这一特性使得共模电感对于差模信号的影响较小而对共模噪声具有很好的滤波性能。

(1)差模电流通过共模线圈，磁力线方向相反，感应磁场削弱，从如下图磁力线方向可以看出—实线箭头表示电流方向，虚线表示磁场方向。

(2)共模电流通过共模线圈，磁力线方向相同，感应磁场加强，从如下图磁力线方向可以看出—实线箭头表示电流方向，虚线表示磁场方向。

新能源高压电驱动的电池电压常常在400V~800V。所以对于高压共模电感的设计来说，不能使用跟低压滤波器同样的方式。必须在考虑电感感值，内阻，阻抗，漏感等情况下还要满足电源铜排的载流能力，滤波器的安装空间以及铜排温升的问题。

由于电源铜排需要满足设计需求的载流能力导致比较大的截面积和滤波器安装空间的限值，高压共模电感常常采用电源铜排直接穿过铁氧体磁环的设计方式，也就是单匝共模电感。如图：

二、高压电驱的共模电感建模

本案例仿真采用的是达索系统的电磁设计分析软件CST Suite Studio 2022进行建模和仿真

1、 CST 3D建模

本案例采用单匝共模电感，两个铁氧体磁环扣在电源铜排上面形成两个共模电感串联，如图所示，铜排和磁环的3D数模由滤波器供应商提供，直接导入到CST中去，铜排的材料是淬火铜，磁环的材料为锰锌铁氧体。另外建立参考地和离散端口。

2、相对磁导率的拟合

（1）相对磁导率

磁导率是表示磁介质导磁性大小的物理量。常用符号μ表示，μ为介质的磁导率，或称绝对磁导率。磁导率是表示磁介质导磁性大小的物理量。常用符号μ表示，μ为介质的磁导率，或称相对磁导率。μ等于磁介质中磁感应强度B与磁场强度H之比，即μ=B/H=μ0×μr，式中μ0为真空磁导率，μr为介质相对磁导率，按μr的大小可将介质分为顺磁质(μr>1)、抗磁质(μr<1)和铁磁质(μr>>1)。