Utiliser des filtres EMI prêts à l'emploi pour simplifier la conformité des groupes motopropulseurs des VE

Les véhicules électriques (VE) modernes utilisent au moins 25 processeurs pour contrôler divers aspects de leur fonctionnement, des systèmes d'aide à la conduite (ADAS) essentiels aux systèmes de réseau et de divertissement embarqués moins critiques. Avec un tel éventail de systèmes électroniques dans des espaces restreints, les concepteurs doivent tenir compte de la certification de compatibilité électromagnétique (CEM) et du risque d'interférences électromagnétiques (EMI). L'une des principales sources d'EMI est le système d'alimentation du véhicule, qui convertit le courant continu des batteries du véhicule en tensions et courants élevés utilisés pour entraîner les moteurs du véhicule électrique.

Le cœur du système d'alimentation du véhicule est l'onduleur de puissance, qui utilise des semi-conducteurs de commutation pour convertir le courant continu en formes d'ondes pour l'entraînement du moteur. En raison des vitesses de commutation élevées de l'onduleur, celui-ci peut générer des interférences électromagnétiques, soit conduites dans les lignes électriques, soit rayonnées. En conséquence, la certification CEM est l'un des obstacles les plus difficiles à surmonter lors de la conception des groupes motopropulseurs des VE.

Filtres CEM standard prêts à l'emploi

Pour faciliter la certification CEM, TDK a lancé les filtres EMI de puissance CarXield pour les véhicules électriques. Ces filtres offrent une conception prête à l'emploi, rentable et entièrement validée qui réduit la nécessité d'un développement en interne et d'une qualification ultérieure.

En pratique, le filtre CarXield s'insère entre l'onduleur blindé et la batterie (Figure 1, en bas). Le moteur est isolé de l'onduleur par un noyau toroïdal de mode commun (Figure 1, en haut et en bas). Dans le boîtier blindé de l'onduleur, les bus positif et négatif sont dérivés vers le blindage via un condensateur en série avec une résistance d'amortissement.

Figure 1 : Le filtre CarXield est placé entre l'onduleur blindé et la batterie, et un noyau toroïdal de mode commun est inséré entre l'onduleur et le moteur. (Source de l'image : TDK Electronics)

Les filtres CarXield suppriment efficacement les interférences de l'onduleur avec la batterie, améliorant ainsi les performances EMI du groupe motopropulseur du véhicule et simplifiant la conformité réglementaire et la certification des VE milieu de gamme.

Conception du filtre CarXield

Le CarXield est un filtre à trois étages comprenant des selfs de mode commun et des condensateurs X et Y (Figure 2). Les selfs de mode commun (également appelées selfs à compensation de courant) suppriment les interférences de mode commun. Les condensateurs X sont connectés entre les bus d'alimentation pour réduire les interférences en mode différentiel, tandis que les condensateurs Y sont connectés entre chaque bus et la terre pour supprimer le bruit de mode commun.

Figure 2 : Le filtre CarXield à trois étages comprend des inductances de mode commun et des condensateurs Y pour réduire les interférences et le bruit de mode commun, ainsi que des condensateurs X pour minimiser les interférences différentielles. (Source de l'image : TDK Electronics)

Les selfs utilisent la technologie de noyau nanocristallin, garantissant des performances magnétiques supérieures et de faibles pertes de puissance. La conception inclut un circuit de décharge passif pour réduire en toute sécurité la tension stockée à la mise hors tension.

Les filtres CarXield, conçus pour le montage sur châssis, sont logés dans un boîtier métallique compact doté d'un capot en plastique, et ils mesurent 140 mm × 59 mm × 50 mm. Ils sont disponibles avec des barres omnibus intégrées (Figure 3, à gauche) ou sans barre omnibus (Figure 3, à droite).

Figure 3 : Les filtres CarXield sont logés dans un boîtier métallique avec un couvercle en plastique, avec (à gauche) ou sans (à droite) barres omnibus intégrées. (Source de l'image : TDK Electronics)

Les barres omnibus sont fixées par le haut à l'aide de quatre vis. Plusieurs cosses de mise à la terre permettent une excellente mise à la terre.

Les filtres conviennent aux systèmes de 500 V et de 1000 V. Par exemple, le filtre antiparasite B84252A0200A000 est un dispositif CC de 500 V, 200 A en régime permanent à 85°C. Il peut supporter des courants de crête de 350 A pendant 60 s et de 600 A pendant 10 s.

Le B84252B0400A000 est répertorié pour une tension de 1000 V et un courant en régime permanent de 400 A à 85°C. Il peut supporter des courants de crête de 650 A pendant 60 s ou de 1000 A pendant 10 s.

Les deux filtres sont équipés de barres omnibus et sont répertoriés pour une plage de températures ambiantes de -40°C à +85°C. L'auto-échauffement résistif sous charge est minimisé par une résistance en courant continu (DCR) typique de seulement 0,1 mΩ.

Performances des filtres

L'efficacité du filtre est mesurée par sa perte d'insertion en fonction de la fréquence, qui est représentée sous forme d'atténuation en décibels en fonction de la fréquence (Figure 4).

Figure 4 : Comparaison de la perte d'insertion en fonction de la fréquence pour les filtres B84252A0200A000 et B84252B0400A000. (Source de l'image : TDK Electronics)

Les filtres B84252A0200A000 et B84252B0400A000 présentent des caractéristiques de perte d'insertion similaires, avec une faible atténuation entre 10 kHz et 100 kHz. L'atténuation augmente de manière significative à des fréquences supérieures à 1 MHz.

La série de filtres CarXield est conforme aux normes de fiabilité et de durabilité automobiles. Les filtres sont certifiés AEC-Q200 et validés selon les profils MBN LV 124. Ces certifications réduisent le temps de développement et les risques de conception par rapport aux solutions conçues en interne.

Conclusion

Les interférences électromagnétiques constituent un obstacle à la certification CEM dans la conception des véhicules électriques. Les filtres CarXield de TDK permettent de supprimer les EMI. Leur conditionnement et leur conception standardisée hautes performances répondent aux exigences des VE de taille moyenne. En outre, ces filtres offrent des options de boîtier flexibles, avec une option pour les barres omnibus.