混联式PHEV的DC/DC变换器系统电磁干扰分析与抑制研究

摘要

随着人类社会的不断进步和经济的飞速增长，能源问题越来越严峻，新能源逐渐成为我国的能源战略目标。目前在我国大量长时间的使用燃油汽车，加剧了不可再生能源的消耗及环境污染问题，为了缓解不可再生能源的压力，新能源汽车成为未来汽车的主要发展方向，混联式PHEV(Plug-in hybrid electric vehicle，插电式混合动力汽车)作为目前使用最多的新能源汽车，不仅充分利用了我国的电能资源而且显著的改善了环境污染问题，具有很广的市场应用背景。与传统内燃机汽车相比，混联式PHEV中增加了大量的电力电子器件，在提高电能利用效率及降低实用成本的同时带来了严重的电磁兼容问题。DC/DC变换器系统作为混联式PHEV中重要的能量变换系统，其工作过程产生的EMI(Electromagnetic Interference,电磁干扰)严重影响电气系统和电子元器件的正常工作，对车辆的安全行驶埋下了隐患。本文针对混联式PHEV的DC/DC变换器系统，对其产生的EMI问题进行了研究，主要有以下内容:
　　(1)分析了混联式PHEV的DC/DC变换器系统结构和工作原理，并分析了EMI产生机理和电磁干扰源;对混联式PHEV中部分电路拓扑结构和EMI耦合路径进行了分析，理论分析了耦合路径对电磁干扰的影响。
　　(2)研究了DC/DC变换器传导EMI预测系统并对其进行模块化处理，建立了LISN(Line Impedance Stabilization Network，线路阻抗稳定网络)、输入线缆、寄生电容等高频等效电路模型并计算模型中的相关参数;将高频模型整合起来搭建系统传导EMI仿真预测模型并在MATLAB/Simulink下仿真，对得到的传导干扰频谱图进行了分析。
　　(3)对DC/DC变换器系统传导EMI的抑制方法做了研究。从电磁干扰源头出发，设计了一种带有源箝位的移相ZVS-DC/DC全桥变换器;然后基于无源补偿原理设计了无源补偿电路结构，其能够补偿系统中通过寄生电容的共模干扰电流，从而抑制了共模干扰的传播;对抑制后的系统传导EMI做了仿真分析并说明抑制措施的正确性。
　　(4)分析了DC/DC变换器系统辐射EMI产生原因和辐射干扰源;在单元偶极子的基础上，建立变换器系统辐射干扰双环模型并进行仿真分析;结合电磁场屏蔽原理，采用电磁屏蔽和浮点接地的措施来抑制混联式PHEV的DC/DC变换器系统辐射EMI，在HFSS中建立加入屏蔽体后的整体模型并仿真，通过仿真分析验证电磁屏蔽抑制效果。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 论文的研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文的主要研究内容

2 混联式PHEV的DC／DC变换器系统传导E?分析

2．1 DC／DC变换器系统结构和工作原理

2．2 电磁干扰源分析

2．2．1 功率开关管Q

2．2．2 功率二极管VD

2．3 EMI传播路径分析

2．4 小结

3 DC／DC变换器系统传导EMI预测模型建立与仿真分析

3．1 DC／DC变换器系统传导EMI预测系统分析

3．2 建立模型

3．2．1 输入线缆模型

3．2．2 寄生参数

3．2．3 干扰电压源

3．2．4 LISN及低压负载

3．3 传导EMI仿真预测模型建立

3．4 DC／DC变换器系统传导EMI仿真分析

3．4．1 共模传导EMI仿真分析

3．4．2 差模传导EMI仿真分析

3．5 小结

4 DC／DC变换器系统传导EMI抑制措施研究

4．1 带有源箝位的移相ZVS-DC／DC全桥变换器

4．1．1 主电路

4．1．2 主电路控制策略

4．1．3 有源箝位设计

4．2 无源补偿共模传导干扰抑制分析

4．2．1 无源补偿原理

4．2．2 无源补偿电路结构

4．3 接入补偿电路的DC／DC变换器系统共模干扰抑制分析

4．3．1 接入补偿电路的变换器主电路

4．3．2 共模耦合等效简化

4．3．3 加入补偿电路分析

4．4 采取抑制措施后的传导干扰仿真分析

4．4．1 抑制后共模传导EMI仿真分析

4．4．2 抑制后差模传导EMI仿真分析

4．5 小结

5 DC／DC变换器系统辐射EMI研究

5．2 DC／DC变换器系统辐射EMI建模与仿真分析

5．2．1 辐射干扰模型建立

5．2．2辐射电磁干扰仿真分析

5．3 DC／DC变换器系统辐射EMI抑制措施

5．3．1 电磁屏蔽

5．3．2 电磁场屏蔽

5．3．3 接地设计

5．4 抑制后的辐射EMI仿真分析

5．5 小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果