北方民族大學(xué)電氣信息工程學(xué)院 楊東東

混合動力汽車直流變換系統(tǒng)的EMI分析

北方民族大學(xué)電氣信息工程學(xué)院 楊東東

混合動力汽車直流變換系統(tǒng)中電磁干擾問題越來越突出。本文以電磁干擾的三要素為基礎(chǔ)，從理論上進行傳導(dǎo)電磁干擾分析?；诟蓴_抑制的常用方法濾波技術(shù)，進行混模EMI濾波器分析及其設(shè)計。

直流變換系統(tǒng)；電磁干擾；EMI濾波器

1 引言

混合動力汽車相比傳統(tǒng)汽車增加了大功率的電力電子設(shè)備：直流變換器系統(tǒng)。該系統(tǒng)中開關(guān)器件的工作電壓和頻率都很高，使得開關(guān)管和整流二極管成為最主要的電磁干擾源。車載電子電氣設(shè)備之間的EMI 信號既占有很寬的頻率范圍，又有一定的幅度，經(jīng)傳導(dǎo)和輻射會造成電磁干擾。因此，抑制電磁干擾傳導(dǎo)成為直流變換系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運行的關(guān)鍵技術(shù)之一。

2 直流變換系統(tǒng)電磁干擾分析

本文基于某混合動力汽車的DC/DC變換系統(tǒng)進行研究。圖1是該直流變換系統(tǒng)主電路拓?fù)洹綦x型Buck變換電路。變壓器副邊采用全波整流電路提高了系統(tǒng)輸入輸出的能量轉(zhuǎn)換效率，又實現(xiàn)了高頻變壓器的磁復(fù)位。為了更好的實現(xiàn)變壓器磁復(fù)位，在原邊側(cè)增加了由穩(wěn)壓管DZ1和二極管VD1構(gòu)成的支路。

圖1 主電路拓?fù)?/p>

（1）開關(guān)管電磁干擾分析

當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通的瞬間，變壓器原邊繞組會產(chǎn)生很大的浪涌電流，并且在繞組兩端形成浪涌尖峰電壓；當(dāng)開關(guān)管斷開的瞬間，由于變壓器原邊繞組有漏磁通，使一部分沒能傳輸?shù)蕉蝹?cè)的能量儲存在漏感中。儲能漏感、串聯(lián)諧振電感與開關(guān)管并聯(lián)的電容形成諧振，產(chǎn)生帶有尖峰的衰減振蕩，與關(guān)斷電壓相疊加形成電壓尖峰脈沖。如果尖峰電壓過高，就會擊穿損壞開關(guān)管。

（2）功率二極管電磁干擾分析

當(dāng)整流二極管正向?qū)〞r，在P區(qū)和N區(qū)分別由電子和空穴載流子導(dǎo)電，形成正向電流；當(dāng)整流二極管突然加上反向電壓時，在反向電場的作用下PN結(jié)內(nèi)儲存電荷復(fù)合，形成反向恢復(fù)電流，盡管反向電流很小，但是轉(zhuǎn)變時間短，產(chǎn)生很大的di/dt，在副邊整流電路中形成高頻衰減振蕩，產(chǎn)生電壓尖峰脈沖。它會對外界形成差模干擾，甚至導(dǎo)致整流二極管被反向擊穿，損壞器件。此外，由副邊繞組、整流二極管和電路輸出濾波電容構(gòu)成高頻開關(guān)回路，同樣對系統(tǒng)形成電磁輻射干擾。

3 EMI濾波器設(shè)計

EMI濾波器設(shè)計的基本原則是阻抗失配原則，即EMI濾波器的輸入阻抗應(yīng)遠大于或遠小于干擾源的輸出阻抗；EMI濾波器的輸出阻抗應(yīng)遠大于或遠小于LISN的輸入阻抗。

EMI濾波器的基本原理是用并聯(lián)電容為干擾電流提供旁路，用串聯(lián)電感阻止干擾電流。在電力電子應(yīng)用中，共模和差模濾波器通常是結(jié)合在一起如圖2所示。該濾波器中差模電容CX和差模電感LDM一起構(gòu)成差模濾波器，其等效電路如圖3所示。抑制共模干擾常用共模濾波器，由兩個共模電容CY和共模電感LCM一起構(gòu)成共模濾波器，其等效電路如圖4所示。

圖2 混模EMI濾波器的結(jié)構(gòu)圖

圖3 差模等效電路

圖4 共模等效電路

兩個共模電容為兩條共模干擾路徑上的共模干擾電流提供旁路，共模電感和LISN構(gòu)成一個分壓器，共模阻抗非常大，因此LISN上的共模干擾被大大的衰減了。差模電感通常用共模扼流圈的漏感部分代替。共模扼流圈的耦合電感就是共模濾波器的共模電感。兩個共模電容串聯(lián)形成差模干擾的通路，電容值為1/2CY。在共模扼流圈中，差模干擾電流產(chǎn)生的磁通是相互抵消的。因此，差模等效電路中的共模電感相當(dāng)于短路。

4 結(jié)束語

本文分析了直流變換器內(nèi)部電磁干擾產(chǎn)生機理及耦合干擾，對EMI濾波器的工作原理和濾波特性進行了分析，預(yù)測濾波器的抑制效果，從而有效指導(dǎo)濾波器的設(shè)計工作。該電磁干擾源的干擾機理可以推廣到其他拓?fù)漕愋偷碾娫醋儞Q電路中，還有EMI濾波器的設(shè)計方法有一定的指導(dǎo)意義。

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北方民族大學(xué)研究生創(chuàng)新項目（YCX1668）。