使用EMI濾波器強化電動車動力系統合規效益

隨著電動車電子架構日益複雜，高功率逆變器所產生的電磁干擾已成為電磁相容性（EMC）認證的重要挑戰。透過標準化車規EMI濾波器設計，可有效抑制雜訊、縮短開發週期，並提升動力系統合規效率。

現代電動車（EV）使用超過 25 個處理器控制各項作業，從關鍵的進階駕駛輔助系統（ADAS）到非關鍵的車內網路與娛樂系統。要將如此大型的電子系統陣列納入緊密的空間中，設計人員必須解決電磁相容性（EMC）認證和電磁干擾（EMI）的風險。

車輛的電力系統是電磁干擾的主要來源；此電力系統將車輛電池的直流電力轉換為高電壓和電流，用於驅動電動車馬達。

車輛動力系統的核心是電源逆變器，以開關半導體將直流電轉換為驅動馬達的波形。逆變器的快速切換會產生電磁干擾，並由電力線傳導或輻射，使得電磁相容性認證成為電動車驅動系統設計棘手的問題之一。

標準現成EMC濾波器

為促成電磁相容性認證，TDK推出CarXield Power電磁干擾濾波器，適合電動車使用。這些濾波器是現成設計，經過完整驗證且符合經濟效益，可減少內部開發和後續認證的需求。

在實作上，CarXield 濾波器納入屏蔽式逆變器和電池之間（圖 一，下）。馬達則透過一個共模環形磁芯與逆變器隔離（圖一，上和下）。在逆變器屏蔽罩內，正負極匯流排經由與阻尼電阻串聯的電容旁路至屏蔽罩。

圖一 : CarXield濾波器置於屏蔽式逆變器和電池之間，並且有一個共模環形磁芯置於逆變器和馬達之間。（圖片來源：TDK Electronics）

CarXield 濾波器可有效抑制逆變器對電池的干擾，提高車輛動力系統的EMI效能，並且簡化中程電動車的監管合規性和認證。

CarXield濾波器設計

CarXield是三階濾波器，由共模扼流圈和 X、Y電容組成（圖二）。共模扼流圈（亦稱電流補償扼流圈）抑制共模干擾。X電容連接在電源匯流排之間，以減少差模干擾；Y電容連接在每個匯流排和接地之間，抑制共模雜訊。

圖二 : CarXield 三階濾波器包含共模電感和Y電容，用來降低共模干擾和雜訊，以及X電容，將差動干擾降至最低。（圖片來源：TDK Electronics）

此扼流圈採用奈米晶體磁芯技術，確保具備優異的磁性效能和低功率損耗。此設計包含一個被動放電電路，可在斷電時安全降低儲存電壓。

CarXield濾波器專為底盤安裝所設計，納入緊湊型金屬外殼，並且有塑膠蓋，尺寸為5.5 × 2.3 × 1.97 in（140 × 59 × 50.0 mm）。提供含內建匯流排（圖三，左）和無內建匯流排（圖三，右）選項。

圖三 : CarXield 濾波器納入金屬外殼內，含塑膠蓋，左圖有整合匯流排，右圖則無。（圖片來源：TDK Electronics）

匯流排使用四顆螺絲從上方固定。多重接地接片提供卓越的接地效能。

這些濾波器適用於500 V和1000 V的系統。例如，B84252A0200A000線路濾波器是500 V、200 A直流穩態元件，工作溫度為85°C。可以耐受350 A的峰值電流長達 60 秒，以及600 A的峰值電流長達10秒。

B84252B0400A000額定電壓為1000 V，在85°C 時穩態電流為400 A。可以耐受650 A的峰值電流持續60 秒，或1000 A的峰值電流持續長達10 秒。

這兩款濾波器都含匯流排，額定環境溫度範圍為-40至85°C。其典型的直流電阻（DCR）僅0.1 mΩ，在負載下達到最低電阻自體發熱。

濾波器效能

濾波器的效能由其插入損耗與頻率的關係衡量，以衰減分貝與頻率的關係圖表示（圖四）。

圖四 : 比較B84252A0200A000和B84252B0400A000濾波器的插入損耗與頻率的關係。（圖片來源：TDK Electronics）

B84252A0200A000和B84252B0400A000濾波器表現出相似的插入損耗特性，在10至100 kHz範圍內有低衰減。頻率高於1 MHz時，衰減明顯增加。

CarXield系列濾波器符合汽車可靠性和耐用性標準。這些濾波器通過AEC-Q200認證，並依據MBN LV 124規範經過驗證。相較於內部自行設計，具備這些認證可以加速開發並降低設計風險。

結論

電磁干擾是電動車設計中電磁相容性認證的一大障礙。TDK的CarXield系列濾波器可抑制電磁干擾，其高效能、標準化設計和封裝滿足中型電動車的需求。此外，這些濾波器還提供封裝彈性，並且可以選擇是否內建匯流排。

（本文作者 Barley Li為DigiKey亞太區技術應用工程經理）