车载三相逆变器电场辐射机理与模型研究

作     者：蒋梦 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：和军平

授予年度：2020年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 082304[工学-载运工具运用工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：车载逆变器 电磁干扰(EMI) 带屏蔽电缆 SPICE建模 CISPR 25 ALSE测试 

摘      要：随着全球能源日渐消耗和环境不断恶化,新能源汽车逐渐受到社会的关注,电动汽车开始取代传统汽车成为人们的首选代步工具,电磁辐射(Radiated Emission,RE)发射不合格是电动汽车电磁兼容(Electro Magnetic Compatibility,EMC)设计阶段最难解决的问题之一。车载逆变器系统作为电动汽车的核心电子配件之一,其快速开关的半导体产生快速变化的电压和电流形成电磁辐射干扰,造成的电磁干扰可能影响车内其他电子器件甚至整车的正常工作。由于逆变器本身结构和电磁辐射机理的复杂性,逆变器的电磁辐射干扰预测目前仍是一个有挑战性的问题。借助于频率范围内的全波仿真,可以生成详细的辐射预测模型。但是,全波仿真过程是一项非常耗时的任务,特别是考虑到CISPR25的辐射发射的完整布局设置。利用一个简化的SPICE模型和辅助测量,可以加速逆变器的电场辐射预测。本文从车载逆变器的工作原理出发,分析了逆变器的共模干扰传播通道和逆变器中EMI的产生机理。对车载逆变器中的共模干扰的形成和传播路径进行了分析,就逆变器屏蔽传输线与杆天线之间的电容耦合,提出了一种用于预测车载逆变器电容耦合电场辐射电路模型,该模型可以较准确的预测车载逆变器在CIPRS25布局条件下电场辐射。该电场辐射电路模型能够在0.15MHz至30MHz的频率范围内预测峰值电场辐射,且模型有助于电路设计人员更好地理解电磁辐射问题背后的机制。为了检验逆变器电场辐射电路模型预测其电场辐射的准确性,在半电波暗室中对晶振驱动屏蔽线缆电路的电场辐射进行实验测试,对比电场辐射电路模型仿真的结果和实际测试得到的电场辐射结果,验证了电场辐射电路模型预测电场的可行性。用实测的逆变器共模电压信号导入电场辐射电路模型,较准确的预测了逆变器的三根线缆的电场辐射。用此电场辐射电路模型预测逆变器的在CISPR25布局条件下的电场辐射,避免了频繁的使用暗室进行辐射测试便可以较准确的预测得到逆变器的电场辐射。提出了逆变器电场辐射抑制措施,包括逆变器的屏蔽层接地和逆变器输入输出端接共模电感,用实验验证了措施的有效性。