新能源汽車電磁兼容性設計理論與方法

前言

叢書序
第1章　緒論
1.1　概述 ……............. 01
1.2　新能源汽車電磁兼容性問題 …… 02
1.2.1　電機驅動系統(tǒng) EMC 問題 ……. 02
1.2.2　DC-DC 變換器系統(tǒng) EMC 問題 ……..... 06
1.2.3　無線充電系統(tǒng) EMC 問題 ……. 09
1.2.4　整車控制器 EMC 問題 ……..... 12
1.2.5　電池管理系統(tǒng) EMC 問題 ……. 16
1.2.6　整車 EMC 要求 …… 18
參考文獻 ……............. 19
第2章　新能源汽車電磁兼容基礎
2.1　概述 ……........... 27
2.2　新能源汽車電磁兼容 ……........ 28
2.2.1　電氣基本架構 …….. 28
2.2.2　電磁兼容問題 …….. 29
2.3　電磁兼容理論基礎 …… 38
2.3.1　電磁干擾源 ……... 38
2.3.2　耦合路徑 ……...... 39
2.4　電磁兼容性設計 ……. 42
2.4.1　高性能電子電氣架構建模 …….. 43
2.4.2　電磁兼容性建模和電磁兼容性設計 .......................... 43
2.5　電磁干擾抑制措施 …… 45
2.5.1　EMI 抑制技術……... 45
2.5.2　關鍵部件 EMI 抑制技術……... 48
參考文獻 ……............. 49
第3章　電機驅動系統(tǒng)電磁干擾預測與抑制
3.1　概述 ……............. 51
3.2　電機驅動系統(tǒng) EMI 的機理 ……. 52
3.2.1　電機驅動系統(tǒng)傳導發(fā)射測試 …….. 52
3.2.2　IGBT 電磁干擾源 ……........ 54
3.2.3　電磁干擾耦合路徑 ……..... 56
3.3　電機驅動系統(tǒng)電磁干擾建模 ……..... 64
3.3.1　電機驅動系統(tǒng)電磁干擾建模與仿真 .......................... 64
3.3.2　電機驅動系統(tǒng)聯(lián)合仿真 …….. 91
3.4　基于測量的電驅動系統(tǒng)電磁發(fā)射 SPICE等效電路建模 ................ 94
3.4.1　建模方法概述 …….. 94
3.4.2　SPICE 等效電路建立 …….. 95
3.4.3　SPICE 等效電路模型驗證 …… 98
3.4.4　系統(tǒng)諧振抑制方法 ……..... 99
3.5　EMI 電源濾波器 ……113
3.5.1　高壓輸入端口濾波器設計 …….114
3.5.2　基于諧振點抑制的濾波電路設計方法 .................... 122
3.5.3　電機控制器高壓直流電源 EMI 濾波器設計............ 130
3.5.4　空心電感高壓直流電源 EMI 濾波器設計................ 139
3.6　電磁干擾測試 ……... 147
3.6.1　電磁干擾測試平臺 …….. 147
3.6.2　傳導發(fā)射（電壓法） ……..... 148
3.6.3　傳導發(fā)射（電流探頭法） …… 150
3.6.4　低壓電源線對高壓電源線的耦合 ............................ 154
3.6.5　傳導 EMI 抑制…… 155
3.6.6　電機驅動系統(tǒng)直流和交流電源線電壓和電流 ........ 158
3.6.7　轉速和轉矩對傳導騷擾電壓和電流的影響 ............ 160
3.6.8　電磁輻射試驗 …… 163
3.6.9　傳導騷擾電壓差共模分離測試 …….. 166
參考文獻 ……...........170

第4章　DC-DC變換器電磁干擾預測與抑制
4.1　概述……........... 170
4.2　DC-DC 變換器傳導發(fā)射測試 ……. 171
4.2.1　隔離型全橋高低壓 DC-DC 變換器的結構 .............. 171
4.2.2　傳導電磁發(fā)射的測試布置 …… 171
4.3　DC-DC 變換器 EMI 的預測 …… 173
4.3.1　干擾源 ……....... 173
4.3.2　DC-DC 變換器系統(tǒng)傳導發(fā)射高頻等效電路 ........... 174
4.3.3　電磁干擾耦合路徑 ……... 177
4.3.4　傳導 EMI 仿真預測……... 182
4.4　高壓電源 EMI 濾波器 ……....... 183
4.4.1　高壓輸入端口 EMI 濾波器設計…….. 183
4.4.2　基于諧振點抑制的濾波電路設計 ............................ 188
4.5　輻射發(fā)射 ……...... 191
4.5.1　理論分析 …….... 191
4.5.2　輻射發(fā)射測量 …… 192
參考文獻 ……........... 194

第5章　無線充電系統(tǒng)電磁安全與電磁兼容
5.1　概述……............ 197
5.2　無線充電系統(tǒng)的結構……....... 197
5.2.1　系統(tǒng)結構 …….... 197
5.2.2　系統(tǒng)建模 …….... 198
5.2.3　系統(tǒng)性能仿真 …… 202
5.3　無線充電的工作原理 ……......... 203
5.3.1　傳輸功率 …….... 204
5.3.2　效率 ……......... 207
5.3.3　偏移特性 ……... 208
5.3.4　偏移對效率的影響 ……....211
5.4　磁場分布 ……........ 218
5.4.1　整車模型 …….... 218
5.4.2　磁場測試點分布 ……....... 219
5.4.3　偏移時的耦合線圈互感 ……. 220
5.4.4　磁場分布分析 …… 221
5.4.5　磁感應強度測量 ……....... 224
5.5　電源線傳導電磁干擾建模與抑制 …….. 227
5.5.1　干擾源 ……....... 227
5.5.2　電磁干擾機理 …… 229
5.5.3　傳導騷擾預測 …… 235
5.5.4　EMI 濾波器……..... 238
5.5.5　傳導騷擾電壓測量 ……... 242
5.6　公共電網電源線諧波 ……......... 245
5.6.1　諧波分析 …….... 246
5.6.2　傳統(tǒng)整流濾波升壓電路系統(tǒng)的諧波 ........................ 246
5.6.3　采用 PFC 電路系統(tǒng)的諧波…… 250
5.6.4　系統(tǒng)諧波抑制方法 ……... 254
5.7　無線充電系統(tǒng)次級側電路電磁輻射 …….... 256
5.7.1　輻射發(fā)射系統(tǒng)建模 ……... 256
5.7.2　次級側充電電纜輻射發(fā)射 …… 257
5.7.3　輻射 EMI 抑制…… 259
參考文獻 ……........... 262

第6章　整車控制器信號完整性與電磁兼容
6.1　概述……............ 264
6.2　整車控制器的功能與結構 ……. 264
6.3　整車控制器硬件電磁兼容性設計 …….. 265
6.3.1　電源線電磁抗擾度 ……... 265
6.3.2　PCB 電源完整性 ……....... 268
6.3.3　信號完整性 …….... 269
6.4　電源分配網絡等效電路 ……..... 275
6.4.1　芯片電源分配網絡等效電路 …… 275
6.4.2　以太網芯片電源分配網絡集總參數(shù)模型 ................ 282
6.5　PCB 去耦電容優(yōu)化方法 …….. 283
6.5.1　整車控制器 PCB 電源分配網絡阻抗 ....................... 283
6.5.2　PDN 去耦電容優(yōu)化 ……... 290
6.5.3　頻域阻抗驗證 …… 297
6.6　PCB 信號完整性建模與分析 …… 299
6.6.1　車載以太網信號與 CAN 總線信號頻譜 ................... 299
6.6.2　反射建模與仿真 ……....... 300
6.6.3　串擾建模與仿真 ……....... 308
6.7　PCB 電磁輻射……... 317
6.7.1　電磁輻射機理 …… 317
6.7.2　PCB 電磁輻射分析 ……... 318
6.8　以太網整車控制器電源線傳導 EMI 抑制 ........................ 320
參考文獻 ……........... 322

第7章　電池管理系統(tǒng)電磁兼容
7.1　概述 ……........... 325
7.2　BMS 的功能與結構 …….......... 326
7.3　PCB 電源分配網絡去耦電容 ……. 327
7.3.1　去耦電容優(yōu)化設計方法 ……. 327
7.3.2　去耦電容布置 …… 331
7.3.3　電源平面諧振分析 ……... 332
7.4　時鐘信號 ……...... 333
7.4.1　電磁干擾機理 …… 334
7.4.2　近場掃描預測 …… 337
7.4.3　時鐘干擾信號抑制 ……... 340
7.4.4　BMS 電磁輻射發(fā)射試驗 ……. 342
7.5　DC-DC 芯片開關噪聲 …….... 343
7.5.1　開關噪聲產生機理 ……... 343
7.5.2　電磁干擾建模預測 ……... 346
7.5.3　DC-DC 干擾抑制方法 …….... 347
7.6　CAN 總線抗干擾分析 ……...... 349
7.6.1　CAN 總線電路電磁干擾 ……. 349
7.6.2　CAN 總線抗干擾電路設計 …… 350
7.7　PCB 電磁輻射 …… 353
參考文獻 …….......... 355
第8章　整車電磁輻射測量、診斷與抑制
8.1　概述 ……........... 358
8.2　乘用車整車電磁輻射 ……......... 359
8.2.1　整車輻射發(fā)射測試 ……... 359
8.2.2 整車輻射發(fā)射抑制 …….. 362
8.3　商用車整車電磁輻射 ……......... 364
8.3.1　整車電磁輻射測試 ……... 364
8.3.2　電磁干擾源診斷 ……....... 366
8.3.3　整車輻射電磁干擾抑制 ……. 370
8.4　整車電磁干擾診斷方法 ……..... 373
8.5　實車 EMI 測量 …….. 381
8.5.1　電磁干擾頻域特性 ……... 381
8.5.2　電磁干擾時域特性 ……... 389
參考文獻 ……........... 391