發(fā)布時間：2020-10-27 21:03

　　 高度電氣化是在人們?nèi)找嬖鲩L的需求下汽車技術(shù)進步的必然,也是汽車技術(shù)在很長時間內(nèi)的發(fā)展趨勢和研究熱點。相較傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車,電氣電子設(shè)備的急速增加使得多種類型電氣電磁設(shè)備集中在車體內(nèi)部。車輛控制、通信系統(tǒng)和導航等設(shè)備都通過電氣設(shè)備連接在一起,電磁環(huán)境極其復雜。汽車內(nèi)部各個系統(tǒng)間和汽車與外部環(huán)境間的電磁兼容性對于汽車的安全運行和外部環(huán)境中其他電子設(shè)備的正常工作意義重大。電力電子裝置的植入化在為系統(tǒng)性能帶來提升的同時,作為電磁噪聲源,使得整個系統(tǒng)級別的電磁兼容問題變得復雜起來�；贕aN和SiC材料的大功率寬禁帶半導體開關(guān)器件商用化,功率器件的開關(guān)速度得以大幅提升,開關(guān)頻率也更高,使得電磁干擾問題更為嚴重,噪聲頻譜更寬,同時在大功率場合噪聲頻譜的幅值也更高。電磁干擾會導致軸承磨損加劇,干擾控制或測量系統(tǒng)。應用無源EMI濾波器是最簡單、最有效的EMI抑制方法。傳統(tǒng)的無源EMI濾波器由分立元件構(gòu)成,體積大,功率密度小,尤其在大功率場合,這些劣勢更加明顯。寄生參數(shù)會降低電磁干擾濾波器的性能,而手工制作的器件如共模電感,參數(shù)一致性難以保證,會使這種情況惡化,且在大功率場合下線纜直徑較粗難以繞制。因此有必要在電力電子技術(shù)大的發(fā)展趨勢下確立新的無源EMI濾波器的設(shè)計理念和方法。為有效減小EMI濾波器體積并提高其性能,本文提出了一種適用于車載系統(tǒng)的大功率3D集成式三相共模EMI濾波器設(shè)計方法,并對其進行了研究。集成化是電力電子系統(tǒng)的發(fā)展趨勢;3D打印技術(shù)在機械制造方面展現(xiàn)出了優(yōu)異的性能,可以非常容易地制造出內(nèi)腔復雜的機械零件;而多噴頭技術(shù)則能以更多種類的材質(zhì)來完成最終的設(shè)計,這些快速制造技術(shù)的飛速發(fā)展,可以為電子系統(tǒng)的生產(chǎn)提供很好的技術(shù)支持。本文首先對課題的研究背景進行了介紹,包括目前的研究現(xiàn)狀以及選題的目的和意義;其次針對系統(tǒng)的高頻電磁干擾的產(chǎn)生機理進行了分析,確立設(shè)計指標;再次提出了本課題的設(shè)計方案以及優(yōu)化設(shè)計分析,重點介紹了一種大功率3D集成式EMI濾波器結(jié)構(gòu)和優(yōu)勢。該EMI濾波器由平面型共模電感和平板型電容集成,平面型的結(jié)構(gòu)有利于提高空間利用率,從而提高其功率密度。3D的互聯(lián)工藝,可以較為容易的實現(xiàn)復雜的電磁結(jié)構(gòu),在給定的體積下提高電感性能;通過磁芯疊層排布的方式,可以實現(xiàn)不同磁性材料性能的互補,使得插入損耗在很寬的頻帶內(nèi)維持在較高的水準。同時,平板型電容采用沖壓式導體層結(jié)構(gòu)作為引出端子,該壓接聯(lián)接方式具有良好的導電性能,而且可以減弱因震動帶來的機械沖擊,同時減小電容的等效串聯(lián)電感ESL,展寬濾波器的插損頻帶,進一步提高EMI濾波器的性能。最后通過仿真和樣機搭建驗證了設(shè)計的可行性。本研究所設(shè)計的3D集成式EMI濾波器,相比傳統(tǒng)大功率EMI濾波器,體積減小,功率密度增大,插入損耗性能提高,高插損工作頻段展寬,且易于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn),產(chǎn)品參數(shù)一致性好,寄生參數(shù)可控。
【學位單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TN713;U463.6
【部分圖文】：

以瑞士 SCHURTER 公司的型號為 FMCC-H93E-S052 的產(chǎn)品為例，其功率等級為 520V/560kW，電感電容均采用分布式元件，總重達 34kg，體積較大如圖 1.6 所示。圖1.6 型號為 FMCC-H93E-S052 的 EMI 濾波器外型尺寸圖

在大功率場合下，線圈直徑較粗難以繞制，同時參數(shù)一致性也較難保證，因此該種結(jié)構(gòu)下自動化生產(chǎn)難以實現(xiàn)。由于磁芯生產(chǎn)的限制進一步加大了批量化生產(chǎn)的難度。圖1.7 傳統(tǒng)電感結(jié)構(gòu)（3）寄生參數(shù)影響寄生參數(shù)會降低電磁干擾濾波器的性能，然而實際的電感器和電容器均是非理想的，而手工制作的器件如共模電感，參數(shù)一致性難以保證，會使這種情況進一步惡化[12]。實際的電感器除了電感量這個參數(shù)還有寄生電容和寄生電阻，寄生電阻來自于繞制電感線圈的導線電阻，通常非常小而且不隨頻率變化，可忽略不計。電感繞制時多匝線圈之間存在匝間電容，寄生電容由此產(chǎn)生。因此實際電感器等效電路如圖 1.8 所示，其阻抗的頻率特性如圖 1.9 所示。理想電感的阻抗隨頻率的升高成正比增加，因而對串聯(lián)電路的高頻電流干擾信號衰減較大。然而由于匝間電容的存在

其插入損耗特性分別如圖 1.13 所示，對比其 CM 插入損耗，可以看出，隨著功率的提高，共模插損的幅值變低，同時高幅值濾波頻帶也變窄，高頻濾波性能變差。圖1.13 不同功率等級 EMI 濾波器插入損耗性能對比1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀傳統(tǒng)的無源 EMI 濾波器由體積笨重的電感和電容元件構(gòu)成，分立排布不僅體積大，而且空間利用率低，功率密度小，尤其在大功率場合，這些劣勢更加明顯。因此眾多研究者提出集成的方式來減小 EMI 濾波器的體積和重量，從而提高濾波器的功率密度。同時，寄生參數(shù)會降低電磁干擾濾波器的性能，而手工制作的器件如共模電感，參數(shù)一致性難以保證，會使這種情況惡化，且在大功率場合下線纜直徑較粗難以繞制。而 3D 的加工方式可以很好地解決該問題，不僅可以控制寄生參數(shù)的一致性，frFrequency/HzMagnitude/dB-60-40dB/decEPCESL02MHz
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本文編號：2859062