在新能源汽车的高压系统里，有一个容易被忽略却影响整车性能、寿命与安全的 “隐形杀手”——高压纹波。

高压纹波在新能源汽车系统危害很大，主要危害：

❌电池寿命影响：持续的高频纹波电流会导致电池内部发热加剧，加速电极老化。

❌电磁兼容（EMC）问题：高频纹波辐射干扰车载电子设备（如传感器、通信系统）。

❌器件应力增加：电容和功率器件因纹波电流产生额外热损耗，造成线束或者器件的耐久性，同时也大大降低可靠性和使用寿命。

❌控制精度下降：电压/电流采样受纹波干扰可能影响电机控制、充电精度。

它是叠加在高压直流母线上的高频电压 / 电流波动，像一串杂乱的音符，破坏着电能的纯净传输。而它的产生，并非偶然，而是电力电子器件、系统设计、工况变化等多重因素共同作用的结果。今天，我们就用图文结合的方式，拆解高压纹波的核心成因，看懂它的 “诞生逻辑和解决方案”。

二、纹波频率

低频纹波（10Hz-1kHz）

主要电机逆变器的低频电流脉动，会产生低频纹波，频率范围刚好在10Hz-1kHz这个范围内，转速越高频率越高。

OBC充电器充电时电网中也会产生50Hz、60Hz低频纹波，新能源汽车是多负载并联直流电网，任何负载突变都会直接反映在母线上：加速、减速、能量回收 、或者电流剧烈变化都会产生几十Hz到几百Hz的脉动噪声。空调压缩机、PTC 加热、水泵等汽车部件的启停动作、都会产生低频阶跃扰动。

中/高频纹波（1kHz-150kHz）

1kHz～150kHz 纹波，主要来自电机控制器 PWM 载波、死区畸变、DC-DC 开关频率，以及母线 LC 谐振放大，是高压系统最核心的中频段纹波，这些开关频率本身，以及2 倍、3 倍、5 倍或者更高的谐波，会直接落在 1kHz～150kHz 区间，成为这段纹波的第一大来源。

三、测试方法与标准现状

一般来说，同一测试项抗扰类试验与发射类试验频率范围相同，且发射类限值低于抗扰类试验施加的干扰强度值，从ISO21498-2 2021版频率10Hz-150kHz来看是符合此规范的，ISO21498-2 2024版将纹波注入抗扰试验的频率范围下限改为了100Hz，而纹波发射试验频率下限仍为10Hz，若修改的初衷是觉得10Hz-100Hz没必要做，那么纹波发射类试验也同样可以改为从100Hz开始；但是汽车在电驱的低速时产生的电流脉动，PMW载波，OBC车载充电耦合的工频50Hz、60Hz频率等都有100Hz以下的干扰源。

标准起草时考虑到在低频100Hz以下纹波去耦时，纹波信号不易通过10mF去耦电容，去耦回路交流阻抗较高，若要100Hz以下开始测试需对供电电源做出一定的要求。也有可能因为当时设备在10Hz-100Hz纹波设备的耦合变压器注入效果难以达到要求，兼容低频去耦合的问题故做了修改。

 但从上述同一测试项抗扰类试验与发射类试验的要求规范来讲，从纹波注入抗扰度试验从10Hz开始是有必要的，并且很多主机厂的纹波注入试验测试规范也是从10Hz开始的。

四、纹波电压/电流和交流阻抗的关系

一般样品的交流阻抗呈现以下两种趋势：

如上图1所示，从低频到高频样品阻抗呈现为从高到低，再从低到高的趋势，这是一般的样品交流阻抗特性，阻抗的最低点Zs对应的频率Fs即为当前样品的谐振频率，那么在谐振频率时这个阻抗和纹波电压Upp电流Ipp的关系即为Upp = Zs · Ipp 或 Ipp = Upp / Zs，由于Zs较小（一般为几毫欧至几十毫欧），所以较低的Upp（纹波电压）即可达到较高的Ipp（纹波电流），如果不对电流加以限制，纹波电流甚至可以达到几千安培，这很容易损坏样品。

以ISO21498-2 2024版给出的纹波注入抗扰度试验中纹波限值示例值为例，其最大电流为200Apeak即400App，最大电压为24Vpeak即48Vpp；那么最大电流和最大电压时对应的阻抗值 Zs0 = Upp / Ipp = 48 Vpp / 400 App = 0.12 Ω ,对于谐振频率时阻抗小于Zs0 的样品，在Fs前后，大概率[当不同频段的纹波电压和电流值要求不一样时，例如纹波电压要求较低时，Fs1和Fs2可能不存在。]会有阻抗刚好等于Zs0的两个频点Fs1（Fs1<Fs）以及Fs2（Fs2<Fs）。

那么，在频率小于Fs1时，纹波电压将先达到设定值，即纹波电流将小于设定值

在频率等于Fs1时，纹波电压和纹波电流将同时达到设定值；

在频率大于Fs1且小于Fs2时，纹波电流将先达到设定值，即纹波电压将小于设定值；

在频率等于Fs2时，纹波电压和纹波电流将同时达到设定值；

在频率大于Fs2时，纹波电压将先达到设定值，即纹波电流将小于设定值。

当样品为电池包时，其一般阻抗特性如图2所示，呈现从低频到高频阻抗逐渐上升的趋势，一般情况下，其低频阻抗最低为几毫欧，还以ISO21498-2 2024版给出的纹波注入抗扰度试验中纹波限值示例值为例，Zs0为0.12Ω，在高频时，由于线束电感以及电池包内部的分布电感的存在，一般在高频最大阻抗在几欧姆至几十欧姆，这也意味着对于电池包来说，大概率会有阻抗刚好等于Zs0的频点Fs2。

那么，在频率小于Fs2时，纹波电流将先达到设定值，即纹波电压将小于设定值；

在频率等于Fs2时，纹波电压和纹波电流将同时达到设定值；

在频率大于Fs2时，纹波电压将先达到设定值，即纹波电流将小于设定值；

综上，不管是一般的高压样品抑或是电池包，由于其阻抗特性，大概率需要纹波注入设备具备纹波电压和电流同时输出的能力（在纹波注入系统的输出端）；而我们并不清楚谐振点的准确频点，所以纹波发生器需要在全频段电压电流达到要求。

五、高压纹波正式测试前为什么要校准

在不同样品中，交流阻抗特性表现出显著差异性。同时，高压纹波发生器的内阻特性亦随频率变化而变化。在进行空载校准或采用固定阻抗校准件（如电阻）进行校准过程中，正式测试阶段，样品端注入的纹波电压与纹波电流会因样品阻抗的变化而产生相应变化。以下将针对两种不同情况进行详细分析：

假设纹波设备的功率输出足够大，在正式测试阶段采用空载或固定阻抗校准件（例如电阻）校准的数据进行测试。若样品在当前测试频点的交流阻抗较低，交流电流将显著高于校准阶段的电流值。由于耦合网络（耦合变压器）的阻抗影响，耦合网络将消耗过多的纹波电压，导致注入样品端的纹波电压低于测试标准要求。进一步地，若样品在谐振点附近的交流阻抗极低（可能仅为几毫欧），纹波电流可能超过标准规定的限制电流，从而导致样品损坏。

综上所述，采用其他负载或空载进行校准所得到的校准数据应用于样品时，由于样品阻抗与校准阶段所用校准件阻抗存在差异，测试结果将无法达到准确度要求。

在纹波设备功率输出不足的情况下，尽管空载校准看似能够获得符合要求的电压曲线，但在带样品测试时，由于功率限制，某些频点将无法满足电压和电流的测试要求。

综上，样品正式测试前进行带样品校准是保证注入功率/电压/电流满足要求的最准确的方法。

六、高压纹波设备市场上主流实现方案

纹波发生器在高压电气性能系统中是技术难度非常大的一个设备，各个纹波设备供应商实现的方案和优缺点不一，我们做了一些主流实现方案介绍：

1、四象限交直流电源+纹波发生器（变压器电感耦合）

    优点：

★输出波形（欠电压、过电压、电压曲线、低频纹波）时有一定的驱动电容能力，功率放大器功率足够大的情况下，带载波形不容易畸变。

★交流低频部分由电源直接产生，在300Hz频率切换，频率切换点刚好在耦合变压器耦合效率比较高的频点上，小功率功放即可实现标准要求的电压电流。

    缺点：

★四象限交直流电源价格高，体积庞大、笨重，纹波测试时必须交直流电源和纹波发生器放置在一起，测功机或者整车转毂台架切换时不方便移动。

★电源回馈效率较低，有一部分功率转换成热量散掉。

2、交直流开关电源+纹波发生器（变压器电感耦合）

   优点：

★成本低。

★低频部分由交直流电源产生，在300Hz频率切换，刚好在耦合变压器耦合效率比较高的频点，小功率功放即可实现标准要求的电压电流。

   缺点：

★交直流电源实际是一台开关电源，天生的弱点就是纹波底噪较大，一般都在2Vpp左右，小信号（6V以下）或者做谐振点扫描时，纹波底噪较大从而淹没掉实际输出的信号，影响测试精度。

★体积较大、纹波测试时必须交直流电源和纹波发生器放置在一起，且线束长度有严格控制，测功机或者整车转毂台架切换时不方便移动。

3、纹波发生器（全频段变压器电感耦合）   

    优点：

★单独纹波发生器可实现10Hz-150kHz全频段注入。

★纹波底噪小于200mVpp

★整体体积小至1.2m³，切换场景时移动方便。

★可搭配其他型号的直流供电电源或者电池。

    缺点：

★技术难度大，纹波耦合变压器在低频段耦合效率非常低，成本也相对较高，需要更大的功率放大器才能输出目标的电压和电流值。

4、直接注入法（高压四象限可编程电源） 

    优点：

★（欠电压、过电压、电压曲线、纹波）时有一定的驱动电容能力，功率放大器功率足够大的情况下，带载波形不容易畸变。

★一台电源可实现交流、直流，且纹波全频段注入（10Hz-150kHz）

★可轻松实现较大的纹波电压和纹波电流。

    缺点：

★功放功率非常大，直流需要多大功率，交流也需要多大功率，整体成本昂贵。

★没有高效的回馈功能，设备在大功率运转时，需转换成热量散掉。           

★标准和市场主流是变压器电感耦合法，出现结果不一致时无法判定。

★设备通过模块并机，体积较大，测功机或者整车转毂台架切换时不方便移动。

5、纹波发生器（电容耦合法）

    优点：

      ★设备采用电容隔离，支持并联进整车或者电驱系统。

      ★中高频衰减小，可输出较大电压电流幅值。

    缺点：

      ★低频（1kHz以下）耦合效率很低，无法满足ISO21498-2标准10Hz-1kHz频率24Vpp要求。

       ★标准和市场主流是变压器电感耦合法，出现结果不一致时无法判定。

七、容测EA-RWxx系列 高压纹波测试系统

EA-RWxx系列高压纹波系统采用最前沿的技术，专为新能源汽车高压纹波测试提供的解决方案。

满足：

ISO21498-2-2021/2024、VW80300-2021、LV123-2016等法规对于纹波的要求。

✅内置有函数信号发生器、四象限放大器、纹波耦合变压器（电感耦合法）、闭环纹波测量系统等。

✅高压纹波测试系统支持10Hz-200kHz频率范围。

✅最大承载DC 60V-1100V直流电压，0-1000A电流。

✅智能化操作系统，纹波耦合变压器匝比自动切换，用户只需要输出数据，其他由系统自动生成。

✅体积尺寸：主流设备800mm×1000mm×1600mm，底部配置可移动车轮，可快速切换台架。

✅可匹配其他直流电源使用，纹波发生器支持单独使用。

✅多种高压保护功能，内置预充和快速泄放系统，谐振电流保护功能，用户使用更加安全。

✅内置10mF去耦电容，防止纹波信号污染供电系统。

✅10.1寸触摸显示屏，具有强大的抗干扰等级，再恶劣的环境依然能够正常使用，同时支持上位机远程操作。

✅用户可选择优先电流达到，软件配合BMS监控电池温度和电压，用于动力电池纹波自加热测试。

八、纹波发生器输出能力

EA-RWxx系列根据不同的功率放大器，在10Hz-60Hz支持最高可同时达到25Vpp纹波电压和最大1000App纹波电流，60Hz-150kHz支持同时达到60Vpp纹波电压和1000App纹波电流（纹波耦合变压器端）。

✅满足电流的同时达到全频段60Vpp不再是做梦。

✅EA-RWxx系列纹波发生器和交直流电源切换方案，在300Hz实现频率切换，实现全频段60Vpp纹波电压和1000App纹波电流。

✅通常交直流开关电源的纹波底噪较大，在做小信号测试时（30Vpp以下）因底噪过大而影响测试精度，而在高幅值（大于30Vpp）时,纹波底噪的影响可以被忽略。

注:更大范围的纹波电压和纹波电流需定制

九、选频功能

电驱系统本身是一个复杂的纹波干扰源，在一些特殊的频点，会产生比较高幅值的噪声信号，高压纹波发生器在整个频段进行校准时，输出的纹波信号会和电驱系统产生的纹波交织在一起，监测系统采样时会采集到电驱产生的纹波底噪，如果底噪峰值大于我们设定的峰值，设定值和回馈值不一致，闭环系统校准就无法进行。

此时选频功能可将噪声信号与实际校准的纹波信号剥离，只关注纹波发生器注入的频域和时域信号，保证校准顺利进行，测试结果也更加精确。

十、频率堆叠技术

强大的信号源支持输出除单频点正弦波外的多频点堆叠信号，用户可根据需要同时同时多个频率多个幅值的堆叠信号。支持函数编辑和交流波形导入功能，实现正弦波、谐波等波形输出，最高可实现200kHz的频率波形。选配功能模块支持谐波分量实时补偿及分析，可实现谐波分量闭环调整。这对于纹波老化测试理论上将大大缩短老化时间。

下图上方波形为7个不同频率不同幅值的堆叠信号，下方为长沙容测采样设备采集到的信号fft分解后的各个频率的幅值，可对各个带载的畸变谐波做频率实时补偿。

十一、EA-RWxx系列产品规格

软件：支持屏界面和上位机软件双操作系统，屏界面支持完整功能，可脱机使用，支持外接示波器模块实现FFT频域分析，也可以通过内部数采模块，实现闭环测试和FFT频域分析。

上位机软件支持纹波电压、纹波电流、样品阻抗信息、自动生成曲线图，同时支持样品电流、样品电压值实时显示，可同步保存在报告。

支持替代法、闭环法测试，满足市场各类型用户的需求。

支持频率步进、百分比、线性步进、单点、平均点数等6种纹波输出方式。

EA-RWxx系列高压纹波测试系统采用SCPI通讯协议，通过以太网、GPIB 发送命令，兼容RS485和Can口支持外部触发及编程。

不仅可以解放人力，还支持自动化测试，使测试变得更加可靠、高效。
 

长沙容测电子股份有限公司致力于电磁兼容测试设备的研发以及电磁兼容测试技术的推广普及，全力为客户提供专业的EMC测试产品和解决方案。