车载一体化发电系统传导骚扰抑制

潮流360

　　　车载一体化发电系统传导骚扰抑制
　　　张文昌1、刘海鹏2、于功山1、王怀杰1
(1.济南吉美乐电源技术有限公司2.总参信息化部住济南地区军事代表室)
摘要：某型车载一体化发电系统没有通过GJB151A-97规定的CE102(10kHz-10MHz)电源线传到发射（陆军地面）。针对其实际测试结果进行了分析，并确定通过加装参数合适的滤波器进行电源线滤波。加装滤波器后，一体化发电系统的相关测试结果符合标准要求。
关键词：一体化发电系统、传导骚扰、滤波器、电磁兼容
中图分类号：         文献标识码：         文章编号：
1引言
    通常称具有电机本体、变流器和控制器的电机系统为一体化发电系统，最常见的发电系统由中频永磁发电机和逆变模块组成，其中采用钦铁硼磁钢的中频永磁发电机，在大部分场合下不适合直接输出使用。而通过逆变模块变换为230V,50Hz标准工频电能后，电压稳定、频率稳定，性能指标得到较大提高。系统由于采用了除电机本体之外的变流器、控制器对电能进行变换和控制，使其运行特性由自然特性变为可控特性，系统具有规范化、模块化设计，便于扩容，工作频率可以做得较高，功率密度可以做得较大等特点，因而，得到了广泛的应用。
2测试中出现的问题
　　　被测样品是一种室外型电源产品。产品有屏蔽的金属外壳，里面有电源板及变流开关器件。对外接口有中频输入接口和工频输出接口。
　　　此产品的EMC测试中工频输出接口CE102测试曲线如图1中棕色所示。在250k-2MHz段超标接近15dB。
图1电源线传导骚扰测试曲线
3系统设计[1]
　　　一体化发电系统主要有电机本体及变流器组成；即三相中频电能(本文以三相介绍)，经过逆变器进行AC/DC/AC转换，输出工频交流电能(50Hz,230V)。系统方案框图如图2所示。
　　　
　　　
图2系统方案框图
    电机本体产生的三相交流电送入逆变器的L1、L2、L3三条线电压输入端，三相交流电压经三相整流桥（D1、D2、D3、D4、D5、D6）整流以后，再经电容EC2滤波，变成平滑的直流电，然后，通过控制功率管Q1、Q2、Q3、Q4按照预定的频率和脉宽周期性的开关，在L1、L2前端就可获得频率固定、脉宽不等的PWM波，PWM波经电感、电容滤波后，就可获得标准的交流电压。逆变器基本工作原理如图3所示。
　　
图3逆变器基本工作原理
4整改措施
    该产品在电磁骚扰的抑制措施方面已做了大量的工作，一些传统的抑制方法如滤波、接地、隔离以及合理布线等方法在一体化发电系统设计过程中已经采用。由于一体化发电系统中强、弱电并存，信号的幅值、频率分布都很宽，针对一体化发电系统传导骚扰测试的曲线，设计人员在传统方法的基础上作了一些改进，取得了一定的成绩。
　　　为了抑制一体化发电系统传导骚扰的强度，设计人员从骚扰源的角度入手，消除或减小一体化发电系统的骚扰源，具体的方法如下。
4.1di/dt和dv/dt的抑制技术
    一体化发电系统中的传导骚扰主要来源于变流器的功率半导体器件开关动作而引起的电压、电流跳变，其跳变速率即di/dt和dv/dt直接影响到一体化发电系统的差模噪声和共模噪声的强度。常用的IGBT和MOSFET开关瞬间的输出电压和电流受门极驱动脉冲波形和门极杂散电容的影响，改变开关器件的门极驱动脉冲波形可以改变器件开关时di/dt和dv/dt的值，从而改变传导骚扰的强度，但由此往往会增大开关损耗，功率器件的开关频率受到限制，这有悖于电力电子器件的发展趋势和一体化发电系统对功率器件开关速度的要求。设计人员采用了一种新的驱动方法，根据IGBT的结构特点、开关特性及其弥勒效应设计了三段驱动的办法，即适用于分立器件也适用于IGBT模块，而且还同时适用于软开关和硬开关技术。能够达到优化的目的。不过该驱动电路设计复杂，还需要进一步的集成。
　　　另外还采取一种抑制di/dt和dv/dt的方法就是加缓冲吸收电路，缓冲吸收虽然是为避免器件由于寄生参数的影响而引起振荡导致电压过高或电流过大，但事实上消除了器件开关时的振荡(毛刺现象)，客观上也在一定程度上减小了di/dt和dv/dt的值。设计人员试图采用软开关技术来减小传导骚扰，但实验证明软开关技术对差模骚扰能有所抑制，但对共模骚扰的作用不大。而且，如果设计不当，反而会加剧系统的骚扰。
4.2改变系统的结构降低共模骚扰
　　　利用对称结构消除逆变器输出的共模电压、而由此使得开关器件上电压变化率减半而降低装置输入侧传导骚扰的发射水平。
　　　由于该产品已经定型，无法做较大的改动，而且汽车上接地比较特殊，暂时没有很好的方法使其传导发射值降低。为此我们认为加装滤波器，抑制一体化发电系统电源线的骚扰信号，使其达到标准的要求，这可能是方便可行的措施。
5滤波器的配置方法
　　　从滤波器的成本角度考虑，最初使用了最常用的二阶L型滤波器。通过调整L型滤波器内电容C和电感L的具体参数值，发现滤波器对于传导骚扰效果明显，空载测试曲线如图1中的粉色所示，但加载后在1.2MHz-2MHz仍然超标，满载测试曲线如图1中的绿色所示。
　　　为了更好地抑制低频辐射，我们试着将滤波器变成了三阶π型电路形式，以便更好地抑制一体化电机的传导骚扰值。通过反复调整滤波器中电容和电感的取值，我们发现：当电容、电感配置合适时，完全能够满足GJB151A-97中10kHz-10MHz电源线传到发射要求（陆军地面），测试结果如图4所示。
图4一体化发电系统，电容电感配置合适时的加载传导骚扰测试曲线
　　　这是由于在设计和使用电磁干扰（EMI）滤波器时，滤波器的电感端应与低阻抗端相串联，而滤波器的电容端应与高阻抗端想并联。同样，一般在EMI滤波器的电路网络中，电感L是高阻抗元件电容C是低阻抗元件。为了达到更好的滤波效果，按照滤波器的不匹配原则：如果实际负载为感性高阻，则选择输出负载为容性低阻的滤波器；如果实际负载为容性低阻，则选择输出负载为感性高阻的滤波器。从而实现对EMI信号的有效抑制[2]。由GJB151A/152A的应用指南可知，EUT供电电源在25Hz-10kHz的低频范围内，阻抗非常小；在10kHz以上时，电源阻抗比较大。因此电感、电容的参数组合应根据这些原则进行，这样的参数组合才能达到最佳的抑制效果。
6结语
    采用加装滤波器降低电源线上的骚扰噪声是抑制一体化发电系统电磁骚扰的主要方式。目前车载一体化发电系统的变流器件本身就是一较大的骚扰源，只有配置参数合适的滤波器才能对一体化发电系统的电磁骚扰进行抑制。在加装滤波器时，滤波器的设计和选用必须严格遵守滤波器的不匹配原则，才能够起到较好的抑制作用。在一体化发电系统设计初期加强对EMC设计的重视，提前考虑到对电磁干扰的抑制，不仅可以使产品容易达到EMC要求，且成本更低。
引用文献
[1]于功山、张文昌、王怀杰.一体化电机系统设计与分析[J].移动电源与车辆，2010（2）：9-17.
[2]陈训龙、郑洪波、宣密莉，等.电源EMI滤波器的技术参数及其应用[J].电气时代，2007(9):130-132.
Vehicle integration power generation system of conducted disturbanceHai-Peng Liu 1, Yu Gong Shan 2, Zhang WenChang 2, Wang Huaijie 2
1 The General Staff Headquarters Ministry of InformationintheJinanareamilitaryRepresentative Office,
2 Jinan JIMEILE Power Station Equipment Technology Co., Ltd.
Abstract: A type of vehicle integrated power system has not passed GJB151A-97 provisions CE102 (10kHz-10MHz) power line to transmit (land).In view of the actual test results are analyzed, and determined by adding the appropriate parameter of filter for power line filter.After installing filters, integrated power system related test results meet the requirements of the standard.Key words: Integration of power systems, conduction harassment, filter, electromagnetic compatibility