纹波测量 | 上篇:为什么“测不准”?——无效结果的根源与精准测量第一步

天资达人 时政新闻 2026-01-10 3189 0

新能源汽车高压部件的电磁兼容EMC)验证中,纹波抗扰度测试是确保部件可靠性的关键。然而,一个根本性的挑战长期存在:测试结果“测不准”。当宽带测量方法将部件自身噪声与测试信号混为一谈时,不仅会导致数据失真,更可能掩盖真实的失效风险,造成严重的误判与合规隐患

本篇将深入剖析这一测试痛点,揭示“测不准”背后的根源——宽带测量无法区分“固有纹波”与“注入纹波”。

正是这一缺陷,导致了测试结果的无效。而解决之道,在于迈向精准测量的第一步:采用频选(窄带)测量方法。我们将看到,这一技术如何为实现如 Ripple NX 这样全自动、高精度、快速度的纹波测试方案奠定坚实基础,实现 EMC 验证流程的高度优化。

纹波抗扰度测试的核心挑战

纹波抗扰度测试是验证高压电动汽车部件(如电机逆变器、高压电池、DC-DC转换器、车载充电机、热泵、压缩机等)抵御电气干扰能力的关键环节。

测试需遵循 ISO 21498-2、ISO 7637-4 和许多制造商标准或部件测试规范,测试点由频率、施加的(最大)纹波电压和最大纹波电流(限值)共同定义。

一个典型的测试电平曲线如下:

wKgZPGlgoDaAZMZnAACAHLTi46k474.png

图1 - 依据 ISO 21498-2 HIGH 标准的纹波抗扰度测试电平

图中纵轴为施加到被测设备的纹波电压值。

除了高压电池,大多数高压电动汽车部件都包含 IGBT 或 SiC 晶体管等开关电子器件。这些晶体管的开关动作必然会在高压供电线上产生电压和电流纹波,可视作一种“噪声”或失真。

这就引出了测试当中的根本矛盾——

在测试中,我们希望注入到被测设备的“目标纹波”会与被测设备自身产生的“固有纹波”叠加在一起。

为了正确执行测试,必须严格区分这两者。否则,施加的纹波幅度将不再准确,测试本身也就失去了意义。

被测设备自身纹波如何“误导”测试?

我们以一个正在运行(带载电机和测功机)的电机逆变器纹波测试为例,来直观说明这个问题。

直流电源设置为360V。

图 2 - 电机逆变器纹波电压测量

图中绿色区域:逆变器运行但未施加外部纹波时的电压,存在约 20 Vpp 的“固有”纹波/噪声。

黄色区域:逆变器固有纹波 + 纹波发生器注入的额外纹波,总值约 40 Vpp。

图 2中还能看到纹波发生器的闭环调节步骤——

先产生一个小的纹波信号,在 EUT 端子处测量其幅值,并与期望的测试电平比较。如果存在差异,则逐步增加纹波信号,直到达到目标电压电平(或电流限值)。

关键问题来了——

如果使用宽带测量(非频选)方法,纹波发生器第一步测到的就是逆变器产生的 20 Vpp 固有纹波。

情景 A

假设目标测试电平正好是 20 Vpp,那么,纹波发生器会“认为”目标已达成,不再注入任何额外纹波。实际上,被测部件并未经受任何外部干扰测试。

情景 B

一个更极端的例子,假设目标测试电平仅为 15 Vpp。由于测得的固有纹波(由电机逆变器产生的 20 Vpp)已超过目标值,纹波发生器要么不注入任何纹波,要么(如果设计如此)试图将总纹波“降低”到 15 Vpp,并由于无法主动降低电压而最终失败告停。

结论显而易见——

宽带测量无法区分被测部件产生的“固有纹波”与纹波发生器的“注入纹波”,导致施加的纹波幅度完全错误,测试无效。

破局之道:频选(窄带)测量法

标准要求的是在特定频率下生成特定幅度的纹波电压。我们需要测量和控制的,是注入的那个特定频率的纹波,而非供电线上的总纹波。

查看信号的频谱分析图能帮助我们理解:

wKgZPGlgoGSAEjJSAAA77VvV308845.png

图 3 - 总失真频谱图

图中绿色区域:电机逆变器产生的纹波频谱,包含主开关频率及其谐波和边带,时域上总和为 20 Vpp。

纹波发生器在约 40 kHz 处注入的单频目标纹波,幅度约为 25 Vpp,这正是需要达成的目标电平。

频选(窄带)测量法正是为了解决这个问题而生。

就像一个调频收音机,你调到某个电台的频率,就只能清晰地听到这个电台的声音(窄带滤波)。如果使用宽带接收机,则会同时听到所有电台混在一起的噪音。

在纹波测试中,频选测量只测量注入纹波那个特定频率的幅度,过滤掉电机逆变器产生的所有其他频率的失真/纹波。从而确保我们能够精准地达到注入纹波的目标电平,不受固有噪声的干扰。

那么——

如何实现高质量的频选测量?

如何在保证精度的同时兼顾测试效率?

全自动测试能带来哪些必要且重要的价值?

我们将在下篇中,深入探讨频选测量的技术核心与实现方式,并揭示Ripple NX如何凭借其独特设计,在 Selectivity(滤波选择精度)与 Speed(测试速度)之间取得理想平衡,为工程师带来前所未有的测试体验与价值

推荐阅读: