一种自动化emc滤波器设计方法

文档序号:1953383 发布日期:2021-12-10 浏览:27次 >En<

阅读说明:本技术 一种自动化emc滤波器设计方法 (Automatic EMC filter design method ) 是由 夏雨昕 沈捷 于 2021-09-15 设计创作,主要内容包括:本发明提供了一种自动化EMC滤波器设计方法,包括以下步骤:搭建功率器件数据库,以存储功率器件的开关特性参数;搭建系统模型库,以存储EMC滤波器的待分析系统模型;搭建滤波组件模型库,以存储EMC滤波器的滤波器参数;基于开关特性参数、待分析系统模型、滤波器参数计算模拟滤波器的频谱结果;将模拟滤波器的频谱结果与一EMC标准库比较,当频谱结果满足EMC标准库的设计标准时,确定EMC滤波器的参数设计。采用上述技术方案后,有助于避免滤波器结构的过设计,同时可大大加速研发的效率,节省人力和测试的资源。(The invention provides an automatic EMC filter design method, which comprises the following steps: building a power device database to store the switching characteristic parameters of the power device; building a system model library to store a system model to be analyzed of the EMC filter; building a filter assembly model base to store filter parameters of the EMC filter; calculating a frequency spectrum result of the analog filter based on the switch characteristic parameters, the system model to be analyzed and the filter parameters; and comparing the frequency spectrum result of the analog filter with an EMC standard library, and determining the parameter design of the EMC filter when the frequency spectrum result meets the design standard of the EMC standard library. After the technical scheme is adopted, the over-design of the filter structure is avoided, the research and development efficiency can be greatly accelerated, and the manpower and the testing resources are saved.)

一种自动化EMC滤波器设计方法

技术领域

本发明涉及车辆控制领域,尤其涉及一种自动化EMC滤波器设计方法。

背景技术

当前,电机控制器作为一种新能源汽车的关键部件,普遍采用功率半导体器件(如IGBT等)进行脉冲宽度调制(PWM)控制,来实现对电机控制器输出三相电压的调节。功率半导体器件的快速通断产生较高的电流变化率di/dt和电压变化率du/dt,会产生不期望的电磁噪声,不仅会影响车内外无线电接收设备,也会通过高压电源线影响其他车载高低压部件。此外,电机驱动系统产生的这种电磁噪声,不仅会使自身设备不能满足EMC标准限值要求,还会导致整车不能满足EMC标准限值要求。

为了抑制这种电机控制器功率半导体器件通断带来的电磁干扰,在电机控制器高压直流电源线上安装EMC滤波器是较为有效的方法。目前常用的EMC滤波器的设计方法主要有:工程试验法、电路模型法等。然而,工程试验法虽然是当前电磁兼容处理中被采用最多的方法,但由于其缺乏滤波器设计理论,需要经过反复多轮的试验才能确定滤波器拓扑和参数,整改周期长,成本高。

因此,需要一种新型的EMC滤波器设计方法较以往试错、经验等方式更为精确,可以避免过设计及大量测试带来的时间和费用上的浪费。

发明内容

为了克服上述技术缺陷,本发明的目的在于提供一种自动化EMC滤波器设计方法,有助于避免滤波器结构的过设计,同时可大大加速研发的效率,节省人力和测试的资源。

本发明公开了一种自动化EMC滤波器设计方法,包括以下步骤:

搭建功率器件数据库,以存储功率器件的开关特性参数;

搭建系统模型库,以存储EMC滤波器的待分析系统模型;

搭建滤波组件模型库,以存储EMC滤波器的滤波器参数;

基于开关特性参数、待分析系统模型、滤波器参数计算模拟系统EMC的频谱结果;

将模拟滤波器在系统中的频谱结果与一EMC标准库比较,当频谱结果满足EMC标准库的设计标准时,确定EMC滤波器的参数设计。

优选地,搭建滤波组件模型库,以存储EMC滤波器的滤波器参数的步骤包括:

采集一滤波器拓扑库和LC模型库的数据以搭建滤波组件模型库;

将模拟滤波器在系统中的频谱结果与一EMC标准库比较,当频谱结果满足EMC标准库的设计标准时,确定EMC滤波器的参数设计的步骤包括:

当频谱结果不满足EMC标准库的设计标准时,修正滤波器参数,并将修正模拟器的频谱结果与EMC标准库比较,直至修正模拟器的频谱结果满足EMC标准库的设计标准。

优选地,自动化EMC滤波器设计方法还包括以下步骤:

提取满足EMC标准库的设计标准的模拟滤波器的LC参数;

基于LC参数设计EMC滤波器,形成待定滤波器,并将待定滤波器的LC选型配置和结构尺寸与设计模型比较;

当待定滤波器的LC选型配置和结构尺寸满足设计模型的配置参数时,设计完成EMC滤波器;

当待定滤波器的LC选型配置和结构尺寸不满足设计模型的配置参数时,修正LC选型配置和结构尺寸直至满足设计模型的配置参数。

优选地,设计模型包括:

磁性材料数据库、电容产品数据库、结构尺寸数据库。

优选地,系统模型库包括时域模型、频域模型、时域频域混合模型、至少一种系统拓扑及调制方法;

功率器件数据库包括功率模块动态参数、行为模型、物理模型及实测模型;

滤波组件模型库包括至少一个滤波器拓扑及LC非线性模型,其中LC非线性模型包括物理模型、实测模型。

优选地,基于开关特性参数、待分析系统模型、滤波器参数计算模拟滤波器的频谱结果的步骤包括:

结合待分析工况和开关特性参数、待分析系统模型、滤波器参数计算模拟系统EMC的频谱结果。

采用了上述技术方案后,与现有技术相比,具有以下有益效果:

1.合理、快速地调整滤波器的结构和元件参数,使滤波器更加匹配电机控制器的需求;

2.简化了滤波器的设计流程,防止因过设计导致的产品功率密度与竞争力的降低。

附图说明

图1为符合本发明一优选实施例中自动化EMC滤波器设计方法的流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图与具体实施例进一步阐述本发明的优点。

这里将详细地对示例性实施例进行说明,其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时,除非另有表示,不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反,它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的,而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式,除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解,本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解,尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息,但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如,在不脱离本公开范围的情况下,第一信息也可以被称为第二信息,类似地,第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境,如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

在本发明的描述中,需要理解的是,术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中,除非另有规定和限定,需要说明的是,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是机械连接或电连接,也可以是两个元件内部的连通,可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

在后续的描述中,使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明,其本身并没有特定的意义。因此,“模块”与“部件”可以混合地使用。

参阅图1,为符合本发明一优选实施例中自动化EMC滤波器设计流程示意图,EMC滤波器通常是产品优化方案中的重要组成部分。正确的EMC滤波器拓扑可以节省产品认证和优化电磁兼容性能的时间。此外,优化的EMC滤波器可以降低产品的成本和体积。EMC滤波器中的LC元件,通常需要处理和承受相当大的无功电流和无功电压,即它们具有足够大的无功功率容量,同时考虑到EMC滤波器在绝大多数情况下都是在阻抗失配状态下运行,所以选择EMC滤波器时需要考虑它们的失配特性,以保证它们在0.5~30MHz范围内,方能得到足够好的滤波特性,且当EMC滤波器抑制因瞬态噪声或高频噪声造成的EMI时,所用的LC元件对寄生参数的控制要求苛刻。

在该实施例中,当需要确定EMC滤波器的各参数时,需要执行以下步骤:

S100:搭建功率器件数据库,以存储功率器件的开关特性参数;

功率半导体器件,也被称为电力电子器件,简单来说,就是EMC滤波器中进行功率处理的,具有处理高电压,大电流能力的半导体器件。而其开关特性参数,即为EMC滤波器工作时的开关损耗、开关速度、震荡情况等。该功率器件数据库的搭建,即表示EMC滤波器在设计时,将考虑所使用的的功率器件本身具有的性能。

S200:搭建系统模型库,以存储EMC滤波器的待分析系统模型;

对于各家不同的厂商而言,其使用的系统模型不具有复用性或规律性,也就是说,每一EMC滤波器在设计时,每一位技术人员所考虑的方向和维度都可能不同。而本发明中,系统模型数据库优选地可包括时域模型或频域模型,从而形成EMC滤波器设计时所需要的待分析系统模型,供后续步骤分析所使用的EMC滤波器的系统架构。

S300:搭建滤波组件模型库,以存储EMC滤波器的滤波器参数;

滤波组件模型库内,可存储各类滤波组件的元件类型、连接方式、搭配方式以及各搭配方式下的电路参数,从而帮助EMC滤波器的设计人员尽可能低获知可采用的设计方案,以及各设计方案的优劣势,从而作为存储EMC滤波器的滤波器参数之用。

S400:基于开关特性参数、待分析系统模型、滤波器参数计算模拟系统EMC的频谱结果;

S500:将模拟滤波器在系统中的频谱结果与一EMC标准库比较,当频谱结果满足EMC标准库的设计标准时,确定EMC滤波器的参数设计。

根据各数据库下给出的支持参数,可形成一模拟滤波器的频谱结果,将该结果与EMC标准库比较,可以理解的是,若满足要求的,便可确定EMC滤波器的参数设计。

可以理解的是,具有上述配置下,首先由于所有对EMC滤波器的设计人员而言,行业内无设计标准或设计手册,使得所有设计人员在设计时,大都采用的为试错法。而本发明中,给出了方向性的内容,即从功率器件数据库、系统模型库、滤波组件模型库的三个维度,作为EMC滤波器设计时考虑的主要因素。其次,即便具有方向性,在某一方向上,以哪些因素作为主要权重,对于本领域技术人员而言,仍是设计时非常困难的事情,因此,设计人员可在设计时,将大量已知的、前序的设计加入到功率器件数据库、系统模型库、滤波组件模型库内,结合过去的设计经验,尽可能地减少试错成本,提高设计效率。

一优选实施例中,搭建滤波组件模型库,以存储EMC滤波器的滤波器参数的步骤S300包括:

S310:采集一滤波器拓扑库和LC模型库的数据以搭建滤波组件模型库;

滤波器拓扑库内存储有如用于D类功率放大器的滤波器拓扑:(1)FB-C,铁氧体磁珠和电容;(2)LC,电感和电容;以及(3)“无滤波器”。也即常见的滤波器搭配设计模型。则同样可以理解的是,LC模型库内存储的,为LC模型的搭配设计,供设计人员参考。

进而,将模拟滤波器在系统中的频谱结果与一EMC标准库比较,当频谱结果满足EMC标准库的设计标准时,确定EMC滤波器的参数设计的步骤S500包括:

S510:当频谱结果不满足EMC标准库的设计标准时,修正滤波器参数,并将修正模拟器的频谱结果与EMC标准库比较,直至修正模拟器的频谱结果满足EMC标准库的设计标准。

通过步骤S510中,反馈机制的建立,由于各项目、各不同型号、应用场景下的电机控制器具有不同的要求,则可在EMC滤波器的设计方法中,增加对滤波器参数的修正,知道修正模拟器的频谱结果满足某一电机控制器内EMC滤波器的设计标准,从而满足EMC滤波器可满足使用的基本要求。

优选或可选实施例中,EMC滤波器设计方法还包括以下步骤:

S600:提取满足EMC标准库的设计标准的模拟滤波器的LC参数;

模拟滤波器为满足基本要求下的EMC滤波器设计,为进一步对其优化,可将所形成的模拟滤波器的LC参数这一项提取出,进行分析。

S700:基于LC参数设计EMC滤波器,形成待定滤波器,并将待定滤波器的LC选型配置和结构尺寸与设计模型比较;

基于LC参数设计EMC滤波器后所形成的待定滤波器,将从其他维度进行测试与考量,即将该待定滤波器的LC选型配置和结构尺寸与一设计模型比较。该实际模型为实际应用场景下,对于EMC滤波器的如磁性材料、电容信号、结构尺寸是否满足磁性材料数据库、电容产品数据库、结构尺寸数据库的确认,可以理解的是,由于对于结构尺寸这一项而言,即便电学要求都已满足,但物理条件无法满足的EMC滤波器仍无法适用。

S800:当待定滤波器的LC选型配置和结构尺寸满足设计模型的配置参数时,设计完成EMC滤波器;

S800’:当待定滤波器的LC选型配置和结构尺寸不满足设计模型的配置参数时,修正LC选型配置和结构尺寸直至满足设计模型的配置参数

同样地,也将引入反馈机制,对滤波器的LC选型配置修正调整。

一优选实施例中,各数据库将限定在保存有以下模型或参数下,节省数据库的数据量,并更有针对性和方向性地给出设计人员在设计EMC滤波器时,应当考虑的内容:

系统模型库包括时域模型、频域模型、时域频域混合模型、至少一种系统拓扑及调制方法;功率器件数据库包括功率模块动态参数、行为模型、物理模型及实测模型;滤波组件模型库包括至少一个滤波器拓扑及LC非线性模型,其中LC非线性模型包括物理模型、实测模型。

又一优选或可选实施例中,基于开关特性参数、待分析系统模型、滤波器参数计算模拟滤波器的频谱结果的步骤S400包括:

S410:结合待分析工况和开关特性参数、待分析系统模型、滤波器参数计算模拟系统EMC的频谱结果。

应当注意的是,本发明的实施例有较佳的实施性,且并非对本发明作任何形式的限制,任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例,但凡未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。

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