TCU控制器的EMI分析

论文摘要

电子技术,尤其是电力电子技术的应用及其快速发展使得电力电子线路的电磁干扰(EMI,Electromagnetic Interference)问题日益突出,尤其是采用了高速半导体开关器件,如IGBT,MOSFET等,这些半导体开关产生的高频脉冲信号具有很大的dv/dt,di/dt,形成很强的电磁干扰,其频率可从几kHz直到数十MHz,有可能远远超出EMC标准要求的限值。本文分析了无源元件的高频特性,通过对电阻、电感、电容和导线的高频特性分析,可以看出,实际电阻都具有一定的杂散电感和寄生电容;而电感由于存在匝间、层间分布电容使得它不能有效地滤除高频噪声;实际电容的种类很多,由于其高频特性的不同而适用于不同的场合,电解电容由于电容量大适用于减小整流电路的纹波,而高频电容(如陶瓷电容)由于高频特性好而适用于滤除高频噪声,实际应用中要尽量减小电容的引线以减小高频寄生参数。导线也存在一定的高频寄生电感和电容,说明了在设计电力电子线路时应谨慎选择常用的无源器件。本文阐述了电磁干扰产生的机理,通过对电力电子线路工作的过程,尤其是采用的功率开关器件的特性进行分析,那么对不同的干扰可以采取相应的手段来抑制或者消除。而接地技术、屏蔽技术、滤波技术和PCB设计技术是抑制EMI最根本的技术手段,根据不同的场合选用其中的一种技术或多种技术组合,以达到抑制EMI的目的。本文针对汽车电子装置中无级变速箱控制单元(Transmission Control Unit,TCU)的驱动电路和电源电路做了较为详细的电磁干扰EMI分析,通过实验测试出干扰波形,并提出了相应的抑制措施,然后从时域和频域两方面验证了所采用措施的正确性和合理性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 电磁兼容的研究意义及发展概况
• 1.1.1 电磁兼容及电磁干扰的危害
• 1.1.2 电磁兼容技术发展概况
• 1.2 电力电子装置的电磁干扰研究现状
• 1.2.1 电力电子装置的发展及其电磁兼容性问题
• 1.2.2 电力电子装置EMI 研究现状
• 1.3 CVT 控制器TCU 的研究现状及发展趋势
• 1.4 选题依据与本文主要研究内容
• 第2章 EMI 产生机理及解决方案
• 2.1 无源器件高频特性分析
• 2.1.1 电阻的高频特性
• 2.1.2 电感的高频特性
• 2.1.3 电容的高频特性
• 2.2 电磁干扰概述
• 2.2.1 电磁干扰的定义
• 2.2.2 形成电磁干扰的基本要素
• 2.2.3 电磁干扰（骚扰）源的分类
• 2.3 EMI 解决方案
• 2.3.1 接地技术
• 2.3.2 屏蔽技术
• 2.3.3 滤波技术
• 2.3.4 PCB 的电磁兼容性
• 2.4 本章小结
• 第3章 TCU 控制器的EMI 分析
• 3.1 TCU 控制器的结构
• 3.1.1 速比电动机驱动电路
• 3.1.2 电磁离合器驱动电路
• 3.2 TCU 控制器驱动电路的电磁干扰源分析
• 3.2.1 电力电子线路引入的电磁干扰源
• 3.2.2 TCU 的电磁干扰源及其传播途径
• 3.3 开关器件引起的电磁干扰及抑制措施
• 3.3.1 开关管通断时引入的电流浪涌
• 3.3.2 功率开关管浪涌电压的产生机理
• 3.3.3 功率开关管浪涌电流的抑制措施
• 3.4 电源电路的电磁干扰及其抑制
• 3.4.1 电源部分存在的EMI
• 3.4.2 电源EMI 解决方案
• 3.5 TCU 控制器PWM 信号引起的谐波干扰及抑制
• 3.6 本章小结
• 第4章 TCU 控制器EMI 的实验研究
• 4.1 实验条件
• 4.2 功率开关器件的EMI 测试
• 4.2.1 不同PWM 控制信号频率条件下开关管的浪涌电流
• 4.2.2 开关器件浪涌电流的测试
• 4.3 电源部分的EMI 测试
• 4.3.1 不同PWM 信号频率下电源电路的纹波
• 4.3.2 固定PWM 信号频率下电源的纹波
• 4.4 TCU 控制器的EMI 频谱测试
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢