CN112072909B - 一种抑制电动汽车功率模块电磁干扰的驱动信号调制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抑制电动汽车功率模块电磁干扰的驱动信号调制方法，减少电机电流谐波与尖峰，确保系统的稳定性。主要包括如下步骤：1)确定单个周期中的脉宽电压和序列时间；2)计算该周期内的纹波电流；3)计算代价函数最优值；4)计算取函数最优值时的载波频率；5)生成新一周期的驱动信号。本发明能有效解决逆变器模块高速开关从而产生EMI难以抑制的问题，从根本上减少电流尖峰，极大程度上抑制电动汽车EMI的产生。

Description

一种抑制电动汽车功率模块电磁干扰的驱动信号调制方法
技术领域
本发明属于电机系统电磁兼容技术领域，更为具体地讲，涉及一种抑制电动汽车功率模块电磁干扰(EMI)的驱动信号调制方法。
背景技术
随着电力电子技术与电机控制技术的发展，电动汽车因其能源利用率高，环境友好等特点得到迅猛的发展。大量电子设备在电动汽车中使用，已占电动汽车成本的百分之三十。
电磁干扰现象普遍存在于电子设备当中，其会增加系统的不稳定性和系统损耗，极大威胁了电动汽车的使用安全。因此，对电动汽车电磁兼容问题的研究愈发引起重视，对电动汽车中产生电磁干扰的重要源头即功率模块逆变器产生的传导EMI抑制更是尤为关键。然而大多数抑制传导EMI的方法主要以滤波
由于逆变器产生EMI的主要原因是其工作时器件的高速开关动作产生的电压电流尖峰，所以从功率器件开关信号直接入手成为了解决功率器件EMI问题一个全新的思路。其中，又以对随机脉宽调制(RPWM)方法和可变开关频率调制(VSFPWM)方法的研究较为深入。
然而RPWM方法由于其电流纹波的随机性和不稳定性导致难以直接对抑制算法进行设计，而一般的VSFPWM方法只能在所要求的条件下减小EMI，电流仍存在较多纹波信号。综上所述，若要满足更高的EMC要求，功率器件开关信号的产生依旧需要更加先进的调制方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新的可以抑制电动汽车功率模块EMI的驱动信号调制方法，克服背景技术中提到的不足。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种抑制电动汽车功率模块EMI的驱动信号调制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1.确定单个周期中逆变器输出极的矩形脉冲宽度电压和七个分段开关序列的持续时间；
步骤2.根据公式计算该周期内的纹波电流；
步骤3.通过数学模型计算出取代价函数最优值时的载波频率；
步骤4.实时更新载波频率；
步骤5.通过将三相参考电压与计算出的载波进行比较来生成开关驱动信号。
所述抑制电动汽车功率模块EMI的驱动信号调制方法，其特征在于：通过上一周期得出的驱动信号计算出三相逆变器各开关在当前周期中的空间矢量及持续时间，并计算出逆变器输出极的输出电压。
所述计算纹波电流的基本思路是利用各工作状态下逆变器的戴维南等效电路可以算出各时刻电流纹波斜率。
所述通过数学模型计算出取代价函数最优值时的载波频率为：先计算出互补电压矢量产生的纹波电流峰值x和y，再计算出各工作矢量V0,V1,V2的纹波均方根值，最后通过寻求代价函数最优得到下一轮的载波频率。
所述更新频率为代价函数寻优中求得使代价函数Q函数最小的Ts值，并将其返回到载波生成模块实时更新。
所述为将新生成的载波与调制波进行比较，生成新一周期的开关驱动信号。
本发明的目的是这样实现的。
本发明抑制电动汽车功率模块电磁干扰的驱动信号调制方法，其中主要涉及载波生成模块和驱动控制波生成模块。本发明针对电动汽车在运行过程中，由于电机系统功率模块即逆变器模块高速开关从而产生电磁干扰(EMI)难以抑制的问题，公开了一种具有可抑制其产生EMI的逆变器开关控制信号生成方法，减少电机电流谐波与尖峰，确保系统的稳定性。本发明的技术方案是，一种具有可抑制其产生EMI的逆变器开关控制信号生成方法，该方法主要包括如下步骤：1)确定单个周期中的脉宽电压和序列时间；2)计算该周期内的纹波电流；3)计算代价函数最优值；4)计算取函数最优值时的载波频率；5)生成新一周期的驱动信号。本发明能有效解决逆变器模块高速开关从而产生EMI难以抑制的问题，从根本上减少电流尖峰，极大程度上抑制电动汽车EMI的产生。
附图说明
图1是本发明抑制电动汽车功率模块电磁干扰的驱动信号调制方法一种具体实施方式流程图；
图2是本发明抑制电动汽车功率模块电磁干扰的驱动信号调制方法一种具体实施方式流程框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。
如图1、2所示，本发明对驱动信号生成方法的过程分为以下几个步骤。
逆变器的驱动信号为矩形波信号，在单个周期中，驱动信号是由信号调制波和载波进行比较得到的，即七段分段开关序列的持续时间，并由此可以算出三相桥臂的占空比。
在单个开关周期中，三相桥臂占空比di(i＝a,b,c)在0到1之间变化。定义参数d′i＝2di-1，(i＝a,b,c)，则可以算出三相逆变器输出端电压满足关系式：
Figure BDA0002669188220000031
设在某一典型开关周期内，V0和V7代表两个零向量(000)和(111)，而Vx,Vy是两个非零向量。在每个矢量作用时，电感中的电流将线性增加或减少，一个开关周期中的纹波电流变化也将具有七个区域。其中，设t0是零矢量的作用时间，t1和t2是非零矢量的作用时间，x和y是纹波电流转折点处的幅值。
以(000)矢量为例，此时可由三相逆变器的戴维南等效电路得纹波电流斜率满足关系式：
Figure BDA0002669188220000032
同理，可以得到其他七个电压矢量工作时产生的纹波电流斜率。
计算出互补电压矢量产生的纹波电流峰值x,y，再计算出各工作矢量的电流纹波均方根值Ri。x,y和Ri满足关系式：
Figure BDA0002669188220000041
将Ri带入代价函数Q中进行计算，对其进行寻优，找到满足Q函数取最小值时的Ts值。其中，Ts为此时刻的开关周期，Q函数满足关系式：
Figure BDA0002669188220000042
将a,b,c三相所得到的纹波电流分别代入上式，可得到该周期中三相代价函数最小值所对应的三个开关周期值。此处，取使得取三相代价函数最小值中最小值的开关频率作为新得到的Ts值。
将得到的新Ts值返回到驱动信号生成模块中的载波模块，更新Ts值，用于产生下一周期的开关驱动信号。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (4)

1.一种抑制电动汽车功率模块电磁干扰的驱动信号调制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1.确定单个周期中逆变器输出极的矩形脉冲宽度电压和七个分段开关序列的持续时间；
步骤2.计算该周期内的纹波电流：利用三相逆变器单周期内各相占空比和各空间矢量工作状态下逆变器的戴维南等效电路算出各时刻电流纹波斜率；
步骤3.通过数学模型计算出取代价函数最优值时的载波频率：先计算出互补电压矢量产生的纹波电流峰值x和y，再计算出各工作矢量的纹波均方根值Ri，x,y和Ri满足关系式：
Figure FDA0003491746420000011
其中，t0是零矢量的作用时间，t1和t2是非零矢量的作用时间；
最后通过寻求代价函数最优得到下一轮的载波频率：将Ri带入代价函数Q中进行计算，对其进行寻优，找到满足Q函数取最小值时的Ts值，其中，Ts为此时刻的开关周期，Q函数满足关系式：
Figure FDA0003491746420000012
将a,b,c三相所得到的纹波电流分别代入上式，可得到该周期中三相代价函数最小值所对应的三个开关周期值，此处，取使得取三相代价函数最小值中最小值的开关频率作为新得到的Ts值；
步骤4.实时更新载波频率；
步骤5.通过将三相调制电压与计算出的载波进行比较来生成驱动信号。
2.根据权利要求1所述抑制电动汽车功率模块电磁干扰的驱动信号调制方法，其特征在于：所述步骤1为通过上一周期得出的驱动信号计算出三相逆变器各开关在这一周期中的空间矢量及持续时间，并计算出逆变器输出极的输出电压。
3.根据权利要求1所述抑制电动汽车功率模块电磁干扰的驱动信号调制方法，其特征在于：所述步骤4更新频率为所述步骤3中求得使代价函数最小的Ts值，并将其返回到载波生成模块实时更新。
4.根据权利要求1所述抑制电动汽车功率模块电磁干扰的驱动信号调制方法，其特征在于：所述 步骤5为将新生成的载波与调制波进行比较，生成新一周期的驱动信号。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108054948A (zh) * 2017-12-26 2018-05-18 西安理工大学 基于纹波电流峰值的npc变流器随机开关频率调制方法
CN110943638A (zh) * 2019-12-12 2020-03-31 华中科技大学 一种中点电压平衡变开关频率控制方法及系统
CN110995042A (zh) * 2019-12-18 2020-04-10 华中科技大学 飞跨电容三电平逆变器的变开关频率pwm控制方法和系统

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2765857B2 (ja) * 1988-06-24 1998-06-18 株式会社日立製作所 Ｐｗｍ電力変換装置
CN1148864C (zh) * 2002-05-09 2004-05-05 艾默生网络能源有限公司 纹波幅度调制补偿方法和装置
FR2895598B1 (fr) * 2005-12-22 2008-09-05 Valeo Equip Electr Moteur Procede de commande d'un ondulateur de tension polyphase
JP5906971B2 (ja) * 2012-07-03 2016-04-20 株式会社デンソー モータ駆動装置
CN103066865B (zh) * 2013-02-04 2016-02-24 电子科技大学 三相无桥功率因数校正交流-直流变换器
JP6326832B2 (ja) * 2014-01-31 2018-05-23 株式会社明電舎 インバータ制御方法および電圧型インバータ
CN106160453A (zh) * 2016-08-05 2016-11-23 江苏大学 一种基于马尔可夫链的npc逆变器混合随机svpwm控制系统及方法
CN107770110A (zh) * 2016-08-19 2018-03-06 弥亚微电子（上海）有限公司 一种非连续帧的发送方法、信道补偿方法
CN106385196A (zh) * 2016-09-27 2017-02-08 华中科技大学 一种基于电流纹波实时预测模型的三电平电压源变开关频率控制方法
CN107231110B (zh) * 2017-05-08 2019-05-17 广西大学 一种大功率异步电动机前馈补偿抑制定子电流谐波方法
CN107959290A (zh) * 2017-12-27 2018-04-24 德力西集团仪器仪表有限公司 一种电网谐波治理和无功补偿系统及方法
CN109379317A (zh) * 2018-11-07 2019-02-22 成都天贸科技有限公司 一种s频段下扩频信标球
CN109450260B (zh) * 2018-12-19 2021-06-01 电子科技大学 一种电容串接式交错并联反激电路
CN110011553B (zh) * 2019-04-11 2020-06-30 湖南大学 一种抑制功率波动的pwm整流器预测控制方法及其装置
CN110212747B (zh) * 2019-05-29 2021-06-01 电子科技大学 一种基于动态峰值电流的无过冲Boost变换器启动控制方法
CN111106773B (zh) * 2020-01-05 2023-04-07 天津大学 基于优化占空比的永磁同步电机模型预测控制方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108054948A (zh) * 2017-12-26 2018-05-18 西安理工大学 基于纹波电流峰值的npc变流器随机开关频率调制方法
CN110943638A (zh) * 2019-12-12 2020-03-31 华中科技大学 一种中点电压平衡变开关频率控制方法及系统
CN110995042A (zh) * 2019-12-18 2020-04-10 华中科技大学 飞跨电容三电平逆变器的变开关频率pwm控制方法和系统

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