基于GaN器件的车载DC/DC变换器的电磁干扰研究

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电动汽车相比于燃油汽车具有清洁高效的优点,但同时电动汽车高度智能化和集成化的发展趋势也带来了更加复杂的电磁环境,使电动汽车的电磁干扰问题不容忽视。车载DC/DC变换器的工作电压高、电流大并且工作频率高,因此成为了电动汽车主要的电磁干扰源之一。GaN器件应用于车载DC/DC变换器上可带来高效率和高功率密度等优势,但其较高的开关频率和开关速度也带来了电磁干扰过高的问题,严重威胁着电动汽车的行驶安全。因此本文针对基于GaN器件的车载DC/DC变换器的电磁干扰进行研究。为研究基于GaN器件的车载DC/DC变换器的传导干扰,建立了高频电路模型、共模干扰和差模干扰传播路径模型及等效电路。在PSIM仿真软件中建立了传导干扰仿真模型,通过改变不同的电路参数研究了寄生参数、工作模式和输出功率对传导干扰的影响。设计了实验样机,根据实验样机的实测参数,建立了传导干扰预测模型并预测了实验样机的传导干扰。在电磁屏蔽室中搭建了传导干扰电压法实验测试平台,测试了实验样机的传导干扰,验证了传导干扰预测模型的有效性。为研究基于GaN器件的车载DC/DC变换器的辐射干扰,建立了辐射干扰模型与辐射干扰预测模型。在电磁屏蔽室搭建了传导干扰电流法实验测试平台,测试了实验样机的共模电流。搭建了天线双端口S参数的测量平台并提取了天线电阻。在Ansys HFSS中搭建了输入、输出线缆形成的非对称偶极子天线模型并仿真了最大天线增益。预测了实验样机的辐射干扰。在半电波暗室中搭建了辐射干扰实验测试平台,测试了实验样机的辐射干扰,验证了辐射干扰预测模型的有效性。为抑制基于GaN器件的车载DC/DC变换器的电磁干扰,在传导干扰的抑制方面,计算了共模滤波器和差模滤波器的无源器件参数,基于传导干扰仿真模型对比了不同拓扑的共模滤波器和差模滤波器的抑制效果,选择了抑制效果最佳的电磁干扰滤波器以抑制传导干扰。在辐射干扰的抑制方面,通过抑制共模电流以及近场电容耦合效应以抑制辐射干扰。基于传导干扰电流法实验测试平台和辐射干扰实验测试平台,对添加抑制措施后的实验样机进行了实验测试,验证了以上抑制措施的有效性。
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