混合动力汽车用DC/AC逆变器的EMC研究

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随着石油供需矛盾、环境恶化等问题越来越突出,新能源汽车逐渐受到社会的高度重视,因此它成为了国际的研究产业以及未来汽车产品的发展方向。新能源汽车主要包括三类:纯电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车。其中混合动力汽车被认为具有美好的产业发展前景,它更符合目前的技术和资金要求。DC/AC逆变器是混合动力汽车的重要电子部件之一,在其工作过程中容易造成电压突变或电流突变,这是产生电磁干扰的源头之一。产生的干扰可能会影响车内电子设备甚至整车的正常工作。因此,必须高度重视混合动力汽车DC/AC逆变器的电磁兼容性(Electromagnetic compatibility EMC)设计。通常在汽车的系统设计阶段,就需要考虑到汽车的EMC问题,越早的考虑该问题,则它会越容易解决,所需要的成本也会越低。所以运用软件进行仿真分析,尽早的发现问题,并及时采取相应的抑制措施,尽可能早的解决EMC问题,是具有较大的实用价值的。本文的技术路线是:混合动力汽车DC/AC逆变器的电磁干扰分析、仿真、抑制和验证。它以DC/AC逆变器为研究对象,分析传导干扰(串扰)的产生机理和存在的主要电磁辐射源(二极管、Z源网络等)。确定相应的边界条件后,进行软件仿真,得到电磁干扰图像,然后采取相应的措施进行干扰抑制。根据国家EMC标准,对DC/AC逆变器和整车完成电磁干扰实验。本文证实了先分析DC/AC逆变器的结构及其串扰和主要电磁辐射源、然后进行电磁仿真、最后采取相关抑制措施的方法具有较好的可行性。本文主要研究内容如下:首先根据DC/AC逆变器的结构,分析产生传导干扰(串扰)的机理、辐射部件产生电磁干扰的机理,结合电磁兼容理论及其仿真理论,建立串扰和主要辐射部件的数学模型,推导出相关的数学表达式。同时结合实际的边界条件(它与工作环境、实际的系统结构有关),仿真出串扰耦合图像和辐射部件的电磁辐射图像(采用EMC Studio与Matlab软件进行仿真)。通过分析这些图像,得出相关结论,使以后采取的抑制措施更具有针对性。然后结合电磁兼容理论和电磁干扰的仿真图像,确定需要抑制的电磁场源,采取具有针对性的抑制、改进措施。例如:通过接地技术来避免地回路的形成、泄放积累的静电电荷、防止瞬态电流的干扰;通过滤波技术来分离信号、剔除干扰,可明显减小传导干扰的电平;通过屏蔽技术来限制辐射路径的电磁干扰。最后,根据EMC的实验要求,准备好相关装置,设计好实验方法和测试路线。遵照国家EMC测试标准,针对DC/AC逆变器和整车,完成电磁干扰实验,对测试的结果进行分析。经过采取相关电磁抑制措施后,整车的电磁干扰强度有明显的下降,其符合国家的EMC标准。所以证实了本文采取的方法具有较好的正确性和可行性。
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