這篇電子工程師職稱論文發(fā)表了電動(dòng)汽車(chē)的電磁干擾抑制的控制策略，論文以電動(dòng)汽車(chē)充電機(jī)三相不控整流電路為例分析了傳導(dǎo)EMI共模電流，嵌入到ADVISOR中進(jìn)行仿真測(cè)試。提出的控制策略可以有效保證足夠的制動(dòng)安全性，優(yōu)化算法的控制策略均有提高。

　　關(guān)鍵詞：電子工程師職稱論文,純電動(dòng)汽車(chē),機(jī)電復(fù)合制動(dòng)系統(tǒng)

　　引 言

　　IGBT是變換器系統(tǒng)中常用的關(guān)鍵器件，在工作過(guò)程中熱耗量很大，需要將其熱量及時(shí)散發(fā)出去，與其他散熱方式相比，水冷散熱是現(xiàn)在常用的散熱方法[1]。在散熱器與開(kāi)關(guān)器件之間會(huì)產(chǎn)生寄生電容，IGBT開(kāi)關(guān)器件采用PWM控制，在工作過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生很高的電流和電壓變化率，對(duì)該寄生電容不斷進(jìn)行充放電，產(chǎn)生電磁干擾EMI[2]。傳導(dǎo)EMI分為差模干擾和共模干擾。由于共模干擾造成的危害更大，因此對(duì)共模EMI的研究顯得尤為重要。目前關(guān)于電磁兼容性研究方面有通過(guò)采取信號(hào)調(diào)制方式降低傳導(dǎo)EMI[3]或設(shè)計(jì)EMI濾波器來(lái)抑制噪聲干擾 [4?9] 。這些措施增加了研發(fā)成本，也給系統(tǒng)帶來(lái)一定復(fù)雜性。

　　本文以電動(dòng)汽車(chē)充電機(jī)三相不控整流電路為例，對(duì)傳導(dǎo)EMI共模電流進(jìn)行分析。利用金屬靜電屏蔽原理，采取兩種不同措施，降低開(kāi)關(guān)器件對(duì)地寄生電容，以此增大共模電流傳播路徑寄生阻抗，降低電磁干擾，相比現(xiàn)有技術(shù)，該方法原理簡(jiǎn)單，不需要額外的研發(fā)成本，而且能很好地達(dá)到降低傳導(dǎo)EMI的目的。

　　1 寄生電容模型及求解

　　在水冷散熱器與IGBT器件導(dǎo)熱片之間填充一層導(dǎo)熱硅脂，模型圖如圖1所示。散熱器與開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)熱片相當(dāng)于平行板電容器的兩個(gè)極板，導(dǎo)熱硅脂相當(dāng)于絕緣介質(zhì)。開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)熱片與散熱器之間存在著寄生電容，在充電機(jī)工作時(shí)，該寄生電容是共模電流傳播的主要途徑[10]。開(kāi)關(guān)器件對(duì)地寄生電容在變換器中的分布及共模電流主要流通路徑如圖2所示。共模電流通過(guò)開(kāi)關(guān)管對(duì)地寄生電容到達(dá)參考地，通過(guò)測(cè)量傳導(dǎo)EMI所用的LISN回到電網(wǎng)輸入側(cè)，然后再流到變流器整流側(cè)。

　　共模電流等效電路圖如圖3所示。圖中[CL，RL]是LISN等效電容和電阻，[Ceq]是開(kāi)關(guān)器件對(duì)地等效電容，[LCM]是散熱器與參考地連線等效寄生電感，[E]是共模干擾源。在變換器工作頻帶范圍內(nèi)，[Ceq]的阻抗值遠(yuǎn)大于其他元件的阻抗，其他元件的阻抗作用可忽略不計(jì)[10]。因此，開(kāi)關(guān)器件對(duì)地寄生阻抗的大小對(duì)共模電流影響很重要。

　　在寄生電容計(jì)算過(guò)程中，由于實(shí)際的散熱器尺寸要比開(kāi)關(guān)器件大很多，不是理想的平行板電容器。考慮到電場(chǎng)的邊緣效應(yīng)對(duì)電容數(shù)值造成的影響，產(chǎn)生一定的誤差，因此，開(kāi)關(guān)器件與散熱器之間的寄生電容不能采用靜電場(chǎng)中的平行板電容公式進(jìn)行計(jì)算。本文利用有限元分析軟件Ansys Maxwell對(duì)IGBT于散熱器之間的電容進(jìn)行計(jì)算。

　　2 減小寄生耦合措施

　　由以上分析可知，開(kāi)關(guān)器件對(duì)地寄生電容是影響共模傳導(dǎo)電流的主要因素。寄生阻抗大小至關(guān)重要。本文采用屏蔽措施和對(duì)水冷散熱器結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造主要目的就是減小開(kāi)關(guān)器件對(duì)地的耦合電容，增大回路阻抗，減小傳導(dǎo)電流。

　　圖4為模型原來(lái)結(jié)構(gòu)，采取屏蔽措施后結(jié)構(gòu)如圖5所示。圖5a)表示在導(dǎo)熱硅中間插入一層金屬屏蔽層，接到直流0 V地。圖5b)表示將水冷散熱器分為上蓋和下蓋兩部分，這兩部分通過(guò)密封圈和絕緣安裝槽進(jìn)行連接。冷卻液一般采用去離子水，可以看作一種絕緣介質(zhì)，保證了上蓋和下蓋之間相互絕緣。水冷散熱器下蓋通過(guò)機(jī)殼接地，上蓋接直流0 V地。水冷散熱器采用金屬材料制成，因此上蓋也起到靜電屏蔽的作用。這些措施將大大減小電力電子器件與水冷散熱器下蓋之間的電場(chǎng)耦合，電力電子器件對(duì)地寄生電容大大減小。

　　3 電容計(jì)算及仿真結(jié)果分析

　　利用仿真軟件Ansys Maxwell計(jì)算電容。在電容計(jì)算中，開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)熱片面積為50 cm2;水冷散熱器導(dǎo)熱片面積為200 cm2;導(dǎo)熱硅脂厚度為0.05 cm，兩導(dǎo)熱硅中間屏蔽層為0.01 cm，導(dǎo)熱硅脂介電常數(shù)為5.7，水冷散熱器上蓋和下蓋厚度均為0.1 cm。IGBT調(diào)制方式為雙極性PWM調(diào)制，開(kāi)關(guān)頻率為100 kHz。計(jì)算出的結(jié)果如圖6，圖7所示。圖7中結(jié)構(gòu)1表示屏蔽措施1，結(jié)構(gòu)2表示屏蔽措施2。

　　圖6表示未采取屏蔽措施的開(kāi)關(guān)器件對(duì)地寄生阻抗的頻率特性。圖7表示采用屏蔽措施后，開(kāi)關(guān)器件對(duì)地寄生阻抗。從圖7中可以看出，采用屏蔽措施2對(duì)增大開(kāi)關(guān)器件對(duì)地寄生阻抗效果更好。這是因?yàn)樵谄帘未胧?中起屏蔽作用的水冷散熱器上蓋面積大于開(kāi)關(guān)器件的面積，能有效阻止開(kāi)關(guān)器件與地之間邊緣處的電場(chǎng)耦合。

　　在Simulink中搭建充電機(jī)回路仿真模型。分別將兩種不同結(jié)構(gòu)得到的寄生電容代入到仿真模型中，得到共模電流仿真結(jié)果如圖8，圖9所示，頻譜分析如圖10所示。圖8表示未采取屏蔽措施的共模電流，圖9表示采取屏蔽措施后的共模電流，圖9中結(jié)構(gòu)1表示屏蔽措施1，結(jié)構(gòu)2表示屏蔽措施2。圖10表示三種情況下的共模電流頻譜比較。圖10中頻譜1表示未采取屏蔽措施共模電流的頻譜，頻譜2表示采取屏蔽措施1共模電流的頻譜，頻譜3表示采取屏蔽措施2共模電流的頻譜。

　　從圖8～圖10結(jié)果可以看出采取相應(yīng)措施后，共模電流及其頻譜被明顯減弱。從圖6，圖7中開(kāi)關(guān)器件對(duì)地寄生阻抗頻率特性可以看出，在導(dǎo)熱硅脂中插入金屬屏蔽層和對(duì)散熱器結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造后，開(kāi)關(guān)器件對(duì)地寄生阻抗增大，使得共模電流傳播路徑的寄生阻抗增大，對(duì)共模噪聲的抑制作用增強(qiáng)，從而降低了共模噪聲。其中對(duì)散熱器結(jié)構(gòu)改造后，由于上蓋面積大于開(kāi)關(guān)器件的面積，能有效阻止開(kāi)關(guān)器件與地之間邊緣處的電場(chǎng)耦合，能達(dá)到更好地降低EMI的效果。

　　4 結(jié) 論

　　本文分析了充電機(jī)共模電流產(chǎn)生的機(jī)理及傳播路徑，采取在導(dǎo)熱硅之間插入金屬屏蔽層和對(duì)水冷散熱器結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造兩種降低EMI的措施，計(jì)算了散熱器與開(kāi)關(guān)器件之間寄生阻抗的頻率特性。采取這些措施有效地減弱了開(kāi)關(guān)器件對(duì)地的耦合電容，增大了傳導(dǎo)電流傳播路徑的阻抗，以此達(dá)到降低EMI干擾的目的。通過(guò)仿真分析證明該方法使共模電流及其頻譜得到明顯減弱，其中對(duì)散熱器結(jié)構(gòu)改造能達(dá)到更好地降低EMI的效果。

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