新能源汽车电磁兼容型设计理论与方法

前言

丛书序

第1章　绪论

1.1　概述 ……............. 01

1.2　新能源汽车电磁兼容性问题 …… 02

1.2.1　电机驱动系统 EMC 问题 ……. 02

1.2.2　DC-DC 变换器系统 EMC 问题 ……..... 06

1.2.3　无线充电系统 EMC 问题 ……. 09

1.2.4　整车控制器 EMC 问题 ……..... 12

1.2.5　电池管理系统 EMC 问题 ……. 16

1.2.6　整车 EMC 要求 …… 18

参考文献 ……............. 19

第2章　新能源汽车电磁兼容基础

2.1　概述 ……........... 27

2.2　新能源汽车电磁兼容 ……........ 28

2.2.1　电气基本架构 …….. 28

2.2.2　电磁兼容问题 …….. 29

2.3　电磁兼容理论基础 …… 38

2.3.1　电磁干扰源 ……... 38

2.3.2　耦合路径 ……...... 39

2.4　电磁兼容性设计 ……. 42

2.4.1　高性能电子电气架构建模 …….. 43

2.4.2　电磁兼容性建模和电磁兼容性设计 .......................... 43

2.5　电磁干扰抑制措施 …… 45

2.5.1　EMI 抑制技术……... 45

2.5.2　关键部件 EMI 抑制技术……... 48

参考文献 ……............. 49

第3章　电机驱动系统电磁干扰预测与抑制

3.1　概述 ……............. 51

3.2　电机驱动系统 EMI 的机理 ……. 52

3.2.1　电机驱动系统传导发射测试 …….. 52

3.2.2　IGBT 电磁干扰源 ……........ 54

3.2.3　电磁干扰耦合路径 ……..... 56

3.3　电机驱动系统电磁干扰建模 ……..... 64

3.3.1　电机驱动系统电磁干扰建模与仿真 .......................... 64

3.3.2　电机驱动系统联合仿真 …….. 91

3.4　基于测量的电驱动系统电磁发射 SPICE等效电路建模 ................ 94

3.4.1　建模方法概述 …….. 94

3.4.2　SPICE 等效电路建立 …….. 95

3.4.3　SPICE 等效电路模型验证 …… 98

3.4.4　系统谐振抑制方法 ……..... 99

3.5　EMI 电源滤波器 ……113

3.5.1　高压输入端口滤波器设计 …….114

3.5.2　基于谐振点抑制的滤波电路设计方法 .................... 122

3.5.3　电机控制器高压直流电源 EMI 滤波器设计............ 130

3.5.4　空心电感高压直流电源 EMI 滤波器设计................ 139

3.6　电磁干扰测试 ……... 147

3.6.1　电磁干扰测试平台 …….. 147

3.6.2　传导发射（电压法） ……..... 148

3.6.3　传导发射（电流探头法） …… 150

3.6.4　低压电源线对高压电源线的耦合 ............................ 154

3.6.5　传导 EMI 抑制…… 155

3.6.6　电机驱动系统直流和交流电源线电压和电流 ........ 158

3.6.7　转速和转矩对传导骚扰电压和电流的影响 ............ 160

3.6.8　电磁辐射试验 …… 163

3.6.9　传导骚扰电压差共模分离测试 …….. 166

参考文献 ……...........170

第4章　DC-DC变换器电磁干扰预测与抑制

4.1　概述……........... 170

4.2　DC-DC 变换器传导发射测试 ……. 171

4.2.1　隔离型全桥高低压 DC-DC 变换器的结构 .............. 171

4.2.2　传导电磁发射的测试布置 …… 171

4.3　DC-DC 变换器 EMI 的预测 …… 173

4.3.1　干扰源 ……....... 173

4.3.2　DC-DC 变换器系统传导发射高频等效电路 ........... 174

4.3.3　电磁干扰耦合路径 ……... 177

4.3.4　传导 EMI 仿真预测……... 182

4.4　高压电源 EMI 滤波器 ……....... 183

4.4.1　高压输入端口 EMI 滤波器设计…….. 183

4.4.2　基于谐振点抑制的滤波电路设计 ............................ 188

4.5　辐射发射 ……...... 191

4.5.1　理论分析 …….... 191

4.5.2　辐射发射测量 …… 192

参考文献 ……........... 194

第5章　无线充电系统电磁安全与电磁兼容

5.1　概述……............ 197

5.2　无线充电系统的结构……....... 197

5.2.1　系统结构 …….... 197

5.2.2　系统建模 …….... 198

5.2.3　系统性能仿真 …… 202

5.3　无线充电的工作原理 ……......... 203

5.3.1　传输功率 …….... 204

5.3.2　效率 ……......... 207

5.3.3　偏移特性 ……... 208

5.3.4　偏移对效率的影响 ……....211

5.4　磁场分布 ……........ 218

5.4.1　整车模型 …….... 218

5.4.2　磁场测试点分布 ……....... 219

5.4.3　偏移时的耦合线圈互感 ……. 220

5.4.4　磁场分布分析 …… 221

5.4.5　磁感应强度测量 ……....... 224

5.5　电源线传导电磁干扰建模与抑制 …….. 227

5.5.1　干扰源 ……....... 227

5.5.2　电磁干扰机理 …… 229

5.5.3　传导骚扰预测 …… 235

5.5.4　EMI 滤波器……..... 238

5.5.5　传导骚扰电压测量 ……... 242

5.6　公共电网电源线谐波 ……......... 245

5.6.1　谐波分析 …….... 246

5.6.2　传统整流滤波升压电路系统的谐波 ........................ 246

5.6.3　采用 PFC 电路系统的谐波…… 250

5.6.4　系统谐波抑制方法 ……... 254

5.7　无线充电系统次级侧电路电磁辐射 …….... 256

5.7.1　辐射发射系统建模 ……... 256

5.7.2　次级侧充电电缆辐射发射 …… 257

5.7.3　辐射 EMI 抑制…… 259

参考文献 ……........... 262

第6章　整车控制器信号完整性与电磁兼容

6.1　概述……............ 264

6.2　整车控制器的功能与结构 ……. 264

6.3　整车控制器硬件电磁兼容性设计 …….. 265

6.3.1　电源线电磁抗扰度 ……... 265

6.3.2　PCB 电源完整性 ……....... 268

6.3.3　信号完整性 …….... 269

6.4　电源分配网络等效电路 ……..... 275

6.4.1　芯片电源分配网络等效电路 …… 275

6.4.2　以太网芯片电源分配网络集总参数模型 ................ 282

6.5　PCB 去耦电容优化方法 …….. 283

6.5.1　整车控制器 PCB 电源分配网络阻抗 ....................... 283

6.5.2　PDN 去耦电容优化 ……... 290

6.5.3　频域阻抗验证 …… 297

6.6　PCB 信号完整性建模与分析 …… 299

6.6.1　车载以太网信号与 CAN 总线信号频谱 ................... 299

6.6.2　反射建模与仿真 ……....... 300

6.6.3　串扰建模与仿真 ……....... 308

6.7　PCB 电磁辐射……... 317

6.7.1　电磁辐射机理 …… 317

6.7.2　PCB 电磁辐射分析 ……... 318

6.8　以太网整车控制器电源线传导 EMI 抑制 ........................ 320

参考文献 ……........... 322

第7章　电池管理系统电磁兼容

7.1　概述 ……........... 325

7.2　BMS 的功能与结构 …….......... 326

7.3　PCB 电源分配网络去耦电容 ……. 327

7.3.1　去耦电容优化设计方法 ……. 327

7.3.2　去耦电容布置 …… 331

7.3.3　电源平面谐振分析 ……... 332

7.4　时钟信号 ……...... 333

7.4.1　电磁干扰机理 …… 334

7.4.2　近场扫描预测 …… 337

7.4.3　时钟干扰信号抑制 ……... 340

7.4.4　BMS 电磁辐射发射试验 ……. 342

7.5　DC-DC 芯片开关噪声 …….... 343

7.5.1　开关噪声产生机理 ……... 343

7.5.2　电磁干扰建模预测 ……... 346

7.5.3　DC-DC 干扰抑制方法 …….... 347

7.6　CAN 总线抗干扰分析 ……...... 349

7.6.1　CAN 总线电路电磁干扰 ……. 349

7.6.2　CAN 总线抗干扰电路设计 …… 350

7.7　PCB 电磁辐射 …… 353

参考文献 …….......... 355

第8章　整车电磁辐射测量、诊断与抑制

8.1　概述 ……........... 358

8.2　乘用车整车电磁辐射 ……......... 359

8.2.1　整车辐射发射测试 ……... 359

8.2.2 整车辐射发射抑制 …….. 362

8.3　商用车整车电磁辐射 ……......... 364

8.3.1　整车电磁辐射测试 ……... 364

8.3.2　电磁干扰源诊断 ……....... 366

8.3.3　整车辐射电磁干扰抑制 ……. 370

8.4　整车电磁干扰诊断方法 ……..... 373

8.5　实车 EMI 测量 …….. 381

8.5.1　电磁干扰频域特性 ……... 381

8.5.2　电磁干扰时域特性 ……... 389

参考文献 ……........... 391