电动汽车动力电力电子装置的电磁兼容性研究

摘要

电动汽车动力电力电子装置是电动汽车中主要的干扰源，其干扰可能会引起更大的环境污染，也可能会导致重大的人身或设备伤害，因此其电磁兼容性研究具有紧迫感。 电动汽车动力电力电子装置包括大功率DC/DC变换器和大功率DC/AC逆变器等。目前的研究主要集中在大功率DC/AC逆变器的传导发射方面，且通常都是进行小功率试验，尚缺乏在高压大电流下进行直流端口电磁兼容试验的方案。本文针对大功率DC/DC变换器的电磁兼容性能进行研究，主要研究了高压直流端口的电磁兼容测试方案和变换器系统的电磁兼容性改善措施。 针对目前国产燃料电池电动汽车中的大功率DC/DC变换器进行了系统描述，从理论上分析了其中可能的干扰源，受扰源和耦合路径。本文创新地提出了开关电感和开关电容的干扰产生机理，通过这种统一理论，可以对干扰源进行系统的分析。 根据大功率DC/DC变换器和传统汽车零部件所处的电磁环境差异，提出了两者在电磁兼容测试方面应具有的异同点。参阅大量的汽车电磁兼容标准及其他有关文献，提出了大功率DC/DC变换器完整的电磁兼容测试方案，包括主电路高压直流端口的试验方案，该试验方案的关键在于利用一对高压大电流的汽车LISN网络来进行输入直流端口的传导发射测量。 在前文提出的试验方案基础上进行试验布置，开展了对大功率DC/DC变换器主电路高压直流端口传导发射的测试，并获得了重要的试验结论。试验表明小功率试验有可能可以代替满功率试验来进行电磁兼容研究；主电路对控制电路的耦合是巨大的，完全掩盖了控制电路的窄带发射模式；主电路传导发射是很难抑制的，通过改变门极电阻和增加缓冲电容均无明显的效果。 考虑到控制电路是大功率DC/DC变换器的核心部分，其电磁兼容性能对系统的可靠运行非常关键，本文最后针对控制电路中重要的电磁兼容问题进行了研究和设计。设计完成的控制电路通过了权威电磁兼容检测机构的性能检测，电磁发射和抗扰度各方面性能均能够达到国际EMC标准中的2级指标。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章引言

1.1课题背景

1.2课题目的

1.3课题国内外研究现状

1.3.1动力电力电子装置电磁兼容标准化现状

1.3.2动力电力电子装置电磁兼容研究现状

1.4本文研究内容介绍

第2章大功率DC/DC变换器系统描述和电磁干扰机理分析

2.1大功率DC/DC变换器系统描述

2.2干扰源分析

2.2.1开关电感(Switched Inductance)机理

2.2.2开关电容(Switched Capacitance)机理

2.3受扰源分析

2.4耦合路径分析

2.4.1传导耦合

2.4.2电容性耦合

2.4.3电感性耦合

2.4.4受扰源源端和负载端受扰差异分析

2.4.5远场辐射耦合

2.5本章小结

第3章 大功率DC/DC变换器电磁兼容性标准及测试方法

3.1国际电磁兼容标准机构和标准介绍

3.2大功率DC/DC变换器电磁环境分析

3.3传统汽车零部件EMC标准

3.3.1 CISPR 25

3.3.2 ISO 7637—2

3.3.3 ISO 7637—3

3.3.4 ISO 11452-2

3.3.5 ISO 11452-4

3.3.6 ISO 10605

3.3.7 SAE J1113系列标准

3.3.8欧盟2004/104/EC指令

3.4大功率DC/DC变换器电源端口传导发射

3.4.1 PCB板载DC/DC模块电源电磁兼容标准

3.4.2 SAE J551-5

3.4.3 EN 50121-3-2

3.4.4电动汽车用大功率DC/AC逆变器电磁兼容标准

3.5大功率DC/DC变换器电磁兼容测试方案与测试项目

3.5.1传导发射试验

3.5.2传导抗扰度试验

3.5.3辐射发射试验

3.5.4辐射抗扰度试验

3.5.5静电放电抗扰度试验

3.6本章小结

第4章大功率DC/DC变换器主电路的传导发射研究

4.1主电路输入输出端口干扰随输入电压输出电流的变化情况

4.1.1输入电压固定输出电流变化

4.1.2输出电流固定输入电压变化

4.1.3试验结论

4.2主电路干扰耦合到控制电路电源端口和CAN信号端口的研究

4.2.1输入电压固定输出电流变化

4.2.2输出电流固定输入电压变化

4.2.3试验结论

4.3主电路电磁兼容改进方案的比较

4.3.1门极电阻

4.3.2缓冲电容

4.3.3试验结论

4.4本章小结

第5章 大功率DC/DC变换器控制电路电磁兼容性设计

5.1控制电路电磁兼容性设计

5.1.1电源完整性与去耦

5.1.2信号完整性与端接

5.1.3滤波与防瞬变

5.1.4屏蔽

5.1.5接地

5.1.6软件电磁兼容

5.2控制电路电磁兼容测试结果

5.2.1传导发射(CISPR 25)

5.2.2辐射发射(CISPR 25)

5.2.3传导抗扰度(ISO 7637)

5.2.4辐射抗扰度(ISO 11452)

5.2.5静电放电抗扰度(ISO 10605)

5.3测试结果分析

5.4本章小结

第6章总结与展望

致 谢

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果