CN112966408A - 预测多合一电驱系统高压传导发射电磁干扰风险的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预测多合一电驱系统高压传导发射电磁干扰风险的方法，包括：搭建多合一电驱系统高压传导发射电磁干扰风险预测模型；设置仿真步长、仿真时间；测量预测模型中LISN正极、负极在预设阻值负载时的端电压时域数据，并转换成工作频率范围内的正极计算电压曲线、负极计算电压曲线；导入标准的正极、负极限值曲线与正极、负极计算电压曲线分别进行比较，如果正极、负极计算电压曲线上的所有电压值均分别低于正极、负极限值曲线上对应的标准限值，则表示多合一电驱系统无电磁干扰超标风险，否则表示有电磁干扰超标风险。采用本发明能在产品测试前期准确的预测电磁干扰风险，为系统的前期优化设计及后期整改提供指导思路及整改方向。

Description

预测多合一电驱系统高压传导发射电磁干扰风险的方法

技术领域

本发明属于电动汽车电磁兼容测试领域，具体涉及一种预测多合一电驱系统高压传导发射电磁干扰风险的方法。

背景技术

多合一电驱系统（All-in-one Electric Drive System, AEDS）通过将控制单元、驱动单元、减速器等多个模块集成在一个密封的电磁环境内，复杂的电磁环境导致电磁兼容问题面临巨大的挑战。多合一电驱系统内逆变器开关过程中快速变化的电压和电流作为主要骚扰源，其骚扰强度大，覆盖范围广，作用于高压直流电源线缆、放电电阻、薄膜电容、三相交流母排以及三相电机等模块的分布参数及与地之间的寄生参数中，将产生复杂的多路径电磁干扰。多合一电驱系统相对于分立式电驱系统，除了器件集成度高，系统间耦合复杂外，还利用三相交流母排替代了三相交流长线缆，且布置位置由原来裸露在空气中变为内置于电机壳体内部，也使AEDS区别于分立式电驱系统。AEDS的变化对于传导干扰研究的影响主要有两点：（1）三相交流母排参数精确提取的重要性；（2）无须单独再对交流端进行电磁干扰（即EMI）仿真分析。目前，对于分立式电驱系统的研究已经较为成熟；但是对于最新的多合一电驱系统的电磁干扰传导发射仿真建模研究还较少。因此，在产品的设计阶段如何借助仿真手段预测多合一电驱系统高压传导发射电磁干扰风险（对应于判断多合一电驱系统是否满足高压传导发射电磁兼容性能要求），是急需要解决的问题，其对设计低电磁发射的多合一电驱系统至关重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种预测多合一电驱系统高压传导发射电磁干扰风险的方法，以在产品测试前期准确的预测电磁干扰风险，为系统的前期优化设计及后期整改提供指导思路。

本发明所述的预测多合一电驱系统高压传导发射电磁干扰风险的方法，包括：

建立LISN等效电路模型，建立高压直流电源线缆模型，建立π型滤波电路模型，建立放电电阻等效电路模型，建立薄膜电容等效电路模型，建立IGBT及IGBT连接母排的等效电路模型，建立三相交流母排模型，建立三相电机阻抗等效电路模型；

在电路仿真软件中将LISN（即线性阻抗稳定网络）等效电路模型、高压直流电源线缆模型、π型滤波电路模型、放电电阻等效电路模型、薄膜电容等效电路模型、IGBT及IGBT连接母排的等效电路模型、三相交流母排模型和三相电机阻抗等效电路模型按照多合一电驱系统的实际布置情况连接，组成多合一电驱系统高压传导发射电磁干扰风险预测模型；

根据多合一电驱系统工作最大频率及开通、关断波形中的上升、下降时间设置仿真步长、仿真时间；

测量所述预测模型中LISN正极、负极在预设阻值负载时的端电压时域数据，并转换成工作频域波形，得到工作频率范围内的正极计算电压曲线、负极计算电压曲线；

导入标准的正极、负极限值曲线分别与所述正极、负极计算电压曲线进行比较，如果所述正极计算电压曲线上的所有电压值均低于正极限值曲线上对应的标准限值，且所述负极计算电压曲线上的所有电压值均低于负极限值曲线上对应的标准限值，则表示多合一电驱系统满足高压传导发射电磁兼容性能要求，无电磁干扰超标风险，否则表示多合一电驱系统不满足高压传导发射电磁兼容性能要求，有电磁干扰超标风险。

优选的，所述建立高压直流电源线缆模型的方法为：

根据高压直流电源线缆数据手册里面的线缆尺寸及材料特性参数，在有限元仿真软件中建立高压直流电源线缆三维结构模型；

根据求解频率范围与模型的电尺寸之间的关系设置高压直流电源线缆三维结构模型的边界条件；

设置参数提取的频率范围和收敛误差；

进行高压直流电源线缆三维结构模型的仿真计算，得到高压直流电源线缆在工作频率范围内的S参数模型，将该S参数模型导入电路仿真软件中，得到所述高压直流电源线缆模型。

在实际应用中需要在高压直流电源线缆端口处添加π型滤波电路，对厂家提供的磁环、Y电容进行测试，考虑到Y电容在高频下将以寄生电感作为主要特性参数存在，该特性严重制约滤波电容的实际高频滤波效果，是影响电磁发射噪声强度的重要寄生参数，因此需要对π型滤波电路进行建模分析。

优选的，所述建立π型滤波电路模型的方法为：

利用高精度宽频阻抗分析仪测量π型滤波电路中的磁环在工作频率范围内的阻抗幅值及相位，得到磁环的阻抗幅值曲线及相位曲线；

根据磁环的阻抗幅值曲线及相位曲线，采用向量拟合法建立磁环阻抗模型；其中，磁环阻抗模型由多个磁环阻抗单元串联构成，每个磁环阻抗单元都由电阻、电感、电容并联构成；

利用高精度宽频阻抗分析仪测量π型滤波电路中的Y电容在工作频率范围内的阻抗幅值及相位，得到Y电容的阻抗幅值曲线及相位曲线；

根据Y电容的阻抗幅值曲线及相位曲线，采用向量拟合法建立Y电容阻抗模型；其中，Y电容阻抗模型由电阻、电感、电容串联构成；

将磁环阻抗模型与Y电容阻抗模型按照π型滤波电路的实际布置情况相连，形成所述π型滤波电路模型。

优选的，所述建立放电电阻等效电路模型的方法为：

利用高精度宽频阻抗分析仪测量放电电阻在工作频率范围内的阻抗幅值及相位，得到放电电阻的阻抗幅值曲线及相位曲线；

根据放电电阻的阻抗幅值曲线及相位曲线，采用向量拟合法建立放电电阻等效电路模型（该模型考虑了寄生参数）；其中，放电电阻等效电路模型由电阻与电容并联构成。

薄膜电容在多合一电驱系统中主要用于稳压及差模滤波作用，目前大多数分立式电驱系统传导发射建模研究都没有考虑薄膜电容及其寄生参数的影响；然而，在高频情况下薄膜电容的寄生参数不但影响噪声的幅度及其本身的性能，还为传导干扰噪声的流通路径增加了不确定性，薄膜电容的寄生参数的大小对于设计低电磁发射的多合一电驱系统十分重要。

优选的，所述建立薄膜电容等效电路模型的方法为：

利用高精度宽频阻抗分析仪测量薄膜电容在工作频率范围内的阻抗幅值及相位，得到薄膜电容的阻抗幅值曲线及相位曲线；

根据薄膜电容的阻抗幅值曲线及相位曲线，采用向量拟合法建立薄膜电容等效电路模型；其中，薄膜电容等效电路模型由电阻、电感、电容串联构成。

IGBT作为系统的主要干扰源，建立其等效电路模型尤其重要。建立IGBT模型的方式有实测法和仿真法：实测法需要获取干扰电压，再通过仿真软件转换成可调用的干扰源模块，优点是模型精度较高，但缺点是操作转换过程复杂且所需资源较难获取；仿真法建立干扰源模型的方式是通过厂家提供的产品手册，利用仿真软件搭建可以反映IGBT静态、动态特性的行为模型，该方法的优点是建模较简单，缺点是产品手册中数据不完整，某些关键数据是在特定工况下测试所得，与产品实际工作下的参数有差异。另外，影响IGBT开关特性的拖尾电流、二极管反向恢复电流特性曲线等在产品手册中也没有涉及；因此，建立IGBT的等效电路模型时较好的方式是将测试与仿真相结合，建立可以准确反映产品实际工作特性的等效电路模型。

优选的，所述建立IGBT及IGBT连接母排的等效电路模型的方法为：

通过双脉冲测试（双脉冲测试，即Double Pulse Test是变换器模块性能调试必不可少的环节，实验平台简单易操作）提取IGBT的开通损耗E _on 、关断损耗E _off 、开通时间t _on 、关断时间t _off ，IGBT的开通和关断动态特性曲线V _ge -time、V _ce -time、I _c -time，以及拖尾电流曲线I _tail -time、二极管反向恢复电流曲线I _recovery -time；

利用IGBT生产商提供的产品手册提取IGBT的传输特性数据曲线V _ge -I _c 、输出特性曲线V _ce -I _c 和二极管导通曲线V _f -I _f ；

将开通损耗E _on 、关断损耗E _off 、开通时间t _on 、关断时间t _off ，IGBT的开通和关断动态特性曲线V _ge -time、V _ce -time、I _c -time，拖尾电流曲线I _tail -time、二极管反向恢复电流曲线I _recovery -time、传输特性数据曲线V _ge -I _c 、输出特性曲线V _ce -I _c 和二极管导通曲线V _f -I _f 导入有限元仿真软件中进行数据拟合，得到考虑器件内部复杂结构特性和寄生参数的器件级IGBT模型；

将所述器件级IGBT模型导入电路仿真软件中，得到IGBT等效电路模型；

根据数据手册中的IGBT连接母排的尺寸及材料特性参数，在有限元仿真软件中建立IGBT连接母排三维结构模型；

根据求解频率范围与模型的电尺寸之间的关系设置IGBT连接母排三维结构模型的边界条件；

设置参数提取的频率范围和收敛误差，赋予材料属性并设置激励电流；

计算并提取IGBT连接母排三维结构模型的RLC参数；

将IGBT连接母排三维结构模型的RLC参数导入电路仿真软件中，建立IGBT连接母排的等效电路模型；

将IGBT等效电路模型与IGBT连接母排的等效电路模型按照IGBT及IGBT连接母排的实际连接情况相连，形成IGBT及IGBT连接母排的等效电路模型。

优选的，所述建立三相交流母排模型的方法包括：

根据数据手册中的三相交流母排的尺寸及材料特性参数，在有限元仿真软件中建立三相交流母排三维结构模型；

根据求解频率范围与模型的电尺寸之间的关系设置三相交流母排三维结构模型的边界条件；

设置参数提取的频率范围和收敛误差；

进行三相交流母排三维结构模型的仿真计算，得到三相交流母排在工作频率范围内的S参数模型，将该S参数模型导入电路仿真软件中，得到所述三相交流母排模型。

优选的，所述建立三相电机阻抗等效电路模型的方法包括：

利用高精度宽频阻抗分析仪测量工作频率范围内三相电机端口共模阻抗的幅值及相位，得到三相电机端口的共模阻抗幅值曲线及相位曲线；

通过三相电机端口共模阻抗与单相共模阻抗之间的计算公式进行转换，得到三相电机的单相共模阻抗幅值曲线及相位曲线；

根据三相电机的单相共模阻抗幅值曲线及相位曲线，采用向量拟合法建立三相电机的共模阻抗模型；其中，三相电机的共模阻抗模型由电阻、电感、电容和多个共模阻抗单元串联构成，每个共模阻抗单元都由电阻、电感、电容并联构成；

利用高精度宽频阻抗分析仪测量工作频率范围内三相电机端口差模阻抗的幅值及相位，得到三相电机端口的差模阻抗幅值曲线及相位曲线；

通过三相电机端口差模阻抗与单相差模阻抗之间的计算公式进行转换，得到三相电机的单相差模阻抗幅值曲线及相位曲线；

根据三相电机的单相差模阻抗幅值曲线及相位曲线，采用向量拟合法建立三相电机的差模阻抗模型；其中，三相电机的差模阻抗模型由多个差模阻抗单元串联构成，每个差模阻抗单元都由电阻、电感、电容并联构成；

将三相电机的共模阻抗模型与差模阻抗模型按照三相电机的三相实际连接情况相连，形成所述三相电机阻抗等效电路模型。

采用本发明能提前评估多合一电驱系统的电磁兼容性能，预测多合一电驱系统高压传导发射电磁干扰风险，为低电磁发射的多合一电驱系统的前期优化设计及后期整改提供指导思路及整改方向，确保产品顺利通过测试，满足性能要求。

附图说明

图1为本实施例中预测多合一电驱系统高压传导发射电磁干扰风险的方法流程图。

图2为本实施例中多合一电驱系统高压传导发射电磁干扰风险预测模型示意图。

图3为本实施例中的LISN等效电路模型示意图。

图4为本实施例中的高压直流电源线缆模型示意图。

图5为本实施例中的π型滤波电路模型示意图。

图6为本实施例中的放电电阻等效电路模型示意图。

图7为本实施例中的薄膜电容等效电路模型示意图。

图8为本实施例中的IGBT及IGBT连接母排的等效电路模型示意图。

图9为本实施例中的三相交流母排模型示意图。

图10为本实施例中的三相电机阻抗等效电路模型示意图。

图中，端口1为电池包正极连接端，端口2为电池包负极连接端，端口3为LISN正极（LISN+）干扰电压拾取端，端口4为LISN负极（LISN-）干扰电压拾取端，端口5为高压直流电源线缆正极（HV+）铜芯输入端和LISN正极（LISN+）连接端，端口6为高压直流电源线缆正极（HV+）绝缘层输入端，端口7为高压直流电源线缆负极（HV-）绝缘层输入端，端口8为高压直流电源线缆负极（HV-）铜芯输入端和LISN负极（LISN-）连接端，端口9为高压直流电源线缆正极（HV+）铜芯输出端和π型滤波电路模型的正极输入端，端口10为高压直流电源线缆正极（HV+）绝缘层输出端，端口11为高压直流电源线缆负极（HV-）绝缘层输出端，端口12为高压直流电源线缆负极（HV-）铜芯输出端和π型滤波电路模型的负极输入端；端口13为π型滤波电路模型的正极输出端，也是放电电阻等效电路模型连接输入端，同时还是薄膜电容等效电路模型连接输入端和IGBT连接母排的等效电路模型正极输入端；端口14为π型滤波电路模型的负极输出端，也是放电电阻等效电路模型连接输出端，同时还是薄膜电容等效电路模型连接输出端和IGBT连接母排的等效电路模型负极输入端；端口U为IGBT及IGBT连接母排的等效电路模型的U相输出端，也是三相交流母排模型的U相输入端；端口V为IGBT及IGBT连接母排的等效电路模型的V相输出端，也是三相交流母排模型的V相输入端；端口W为IGBT及IGBT连接母排的等效电路模型的W相输出端，也是三相交流母排模型的W相输入端；端口15为三相交流母排模型的U相输出端，也是三相电机阻抗等效电路模型的U相输入端；端口16为三相交流母排模型的V相输出端，也是三相电机阻抗等效电路模型的V相输入端；端口17为三相交流母排模型的W相输出端，也是三相电机阻抗等效电路模型的W相输入端。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细说明。

电动汽车上的多合一电驱系统包括依次连接的高压直流电源线缆、π型滤波电路、放电电阻、薄膜电容、IGBT连接母排、IGBT、三相交流母排和三相电机（本实施例中为星型连接的三相电机）。

如图1所示，预测多合一电驱系统高压传导发射电磁干扰风险的方法，包括：

第一步、建立LISN（即线性阻抗稳定网络）等效电路模型，建立高压直流电源线缆模型，建立π型滤波电路模型，建立放电电阻等效电路模型，建立薄膜电容等效电路模型，建立IGBT及IGBT连接母排的等效电路模型，建立三相交流母排模型，建立三相电机阻抗等效电路模型（参见图3至图10）。

第二步、在电路仿真软件中将LISN等效电路模型、高压直流电源线缆模型、π型滤波电路模型、放电电阻等效电路模型、薄膜电容等效电路模型、IGBT及IGBT连接母排的等效电路模型、三相交流母排模型和三相电机阻抗等效电路模型按照多合一电驱系统的实际布置情况连接，组成多合一电驱系统高压传导发射电磁干扰风险预测模型（参见图2）。

第三步、根据多合一电驱系统工作最大频率及开通、关断波形中的上升、下降时间设置仿真步长为5ns、仿真时间为120ms。

第四步、测量多合一电驱系统高压传导发射电磁干扰风险预测模型中LISN正极在50Ω负载时的端电压时域数据（即图2中的端口3输出的信号）和LISN负极在50Ω负载时的端电压时域数据（即图2中的端口4输出的信号），并经傅立叶变换转换成150kHz~108MHz频率范围的频域波形，得到150kHz~108MHz频率范围内的正极计算电压曲线和负极计算电压曲线。

第五步、导入标准的正极限值曲线与150kHz~108MHz频率范围内的正极计算电压曲线进行比较，导入标准的负极限值曲线与150kHz~108MHz频率范围内的负极计算电压曲线进行比较，如果正极计算电压曲线上的所有电压值均低于正极限值曲线上对应的标准限值，且负极计算电压曲线上的所有电压值均低于负极限值曲线上对应的标准限值，则表示多合一电驱系统满足高压传导发射电磁兼容性能要求，无电磁干扰超标风险，否则表示多合一电驱系统不满足高压传导发射电磁兼容性能要求，有电磁干扰超标风险。对于有电磁干扰超标风险且超过标准限值的频点，可以在高压直流电源线端口处针对性的改变π型滤波电路模型中的滤波电容参数（即进行低寄生参数的滤波电路设计），使多合一电驱系统满足高压传导发射电磁兼容性能要求。

其中，建立如图3所示的LISN（即线性阻抗稳定网络）等效电路模型的方法属于现有技术。

建立如图4所示的高压直流电源线缆模型的方法为：

首先，根据高压直流电源线缆数据手册里面的线缆尺寸及材料特性参数，包括线缆的直径、长度、铜芯材料、绝缘层材料、屏蔽层材料，在有限元仿真软件中建立高压直流电源线缆三维结构模型。

其次，根据求解频率范围（150kHz~108MHz）与模型的电尺寸之间的关系设置高压直流电源线缆三维结构模型的边界条件。

然后，设置参数提取的频率范围为150kHz~108MHz、收敛误差为0.05%。

再次，进行高压直流电源线缆三维结构模型的仿真计算，得到高压直流电源线缆在150kHz~108MHz频率范围内的S参数模型。

最后，将高压直流电源线缆在150kHz~108MHz频率范围内的S参数模型导入电路仿真软件中，得到如图4所示的高压直流电源线缆模型。

高压直流电源线缆模型充分考虑了长线缆在不同频率下的阻抗参数非线性变化问题，基于有限元仿真软件直接计算线缆在宽频域范围（150kHz~108MHz）内的阻抗参数特性，可以满足从低频状态到高频状态下线缆的不同阻抗参数任意获取，然后利用有限元仿真软件与电路仿真软件之间的兼容性，将高压直流电源线缆在150kHz~108MHz频率范围内的S参数模型导入电路仿真软件中，得到高压直流电源线缆模型，避免了采用测试法对数据进行拟合，搭建等效电路模型时存在的精度较低和工作量较大的问题，避免了只考虑了低频或高频下某个单一频点的高压直流电源线缆阻抗特性问题，保证了高压直流电源线缆在不同频点的参数特性与系统实际工作状态一致，从而能提高多合一电驱系统在150kHz~108MHz频率范围内的可靠性。

建立如图5所示的π型滤波电路模型的方法为：

首先，利用高精度宽频阻抗分析仪测量π型滤波电路中的磁环在150kHz~108MHz频率范围内的阻抗幅值及相位，得到磁环的阻抗幅值曲线及相位曲线。

其次，根据磁环的阻抗幅值曲线及相位曲线，采用向量拟合法建立磁环阻抗模型；其中，磁环阻抗模型由7个磁环阻抗单元串联构成，每个磁环阻抗单元都由电阻、电感、电容并联构成。

再次，利用高精度宽频阻抗分析仪测量π型滤波电路中的Y电容在150kHz~108MHz频率范围内的阻抗幅值及相位，得到Y电容的阻抗幅值曲线及相位曲线。

然后，根据Y电容的阻抗幅值曲线及相位曲线，采用向量拟合法建立Y电容阻抗模型；其中，Y电容阻抗模型由电阻、电感、电容串联构成。

最后，将磁环阻抗模型与Y电容阻抗模型按照π型滤波电路的实际布置情况相连，形成如图5所示的π型滤波电路模型。

建立如图6所示的放电电阻等效电路模型的方法为：

先利用高精度宽频阻抗分析仪测量放电电阻在150kHz~108MHz频率范围内的阻抗幅值及相位，得到放电电阻的阻抗幅值曲线及相位曲线。

然后根据放电电阻的阻抗幅值曲线及相位曲线，采用向量拟合法建立放电电阻等效电路模型（该模型考虑了寄生参数）；其中，放电电阻等效电路模型由电阻R_m与电容C_m并联构成。

建立如图7所示的薄膜电容等效电路模型的方法为：

先利用高精度宽频阻抗分析仪测量薄膜电容在150kHz~108MHz频率范围内的阻抗幅值及相位，得到薄膜电容的阻抗幅值曲线及相位曲线。

然后，根据薄膜电容的阻抗幅值曲线及相位曲线，采用向量拟合法建立薄膜电容等效电路模型（该模型考虑了寄生参数）；其中，薄膜电容等效电路模型由电阻R_bm、电感L_bm、电容C_bm串联构成。

薄膜电容在电驱系统中主要用于稳压及差模滤波作用，薄膜电容寄生电感的大小对于低电磁发射的多合一电驱系统设计十分重要。本实施例充分考虑了薄膜电容寄生电感对多合一电驱系统电磁噪声的影响。

建立如图8所示的IGBT及IGBT连接母排的等效电路模型的方法为：

第一步、通过双脉冲测试提取IGBT的开通损耗E _on （指I _c 上升至10%到V _ce 下降至2%的能量）、关断损耗E _off （指V _ce 上升至10%到I _c 下降至3%的能量）、开通时间t _on 、关断时间t _off ，IGBT的开通和关断动态特性曲线V _ge -time、V _ce -time、I _c -time，以及拖尾电流曲线I _tail - time、二极管反向恢复电流曲线I _recovery -time；通过双脉冲测试提取这些曲线的方式属于现有技术。

第二步、利用IGBT生产商提供的产品手册提取IGBT的传输特性数据曲线V _ge -I _c 、输出特性曲线V _ce -I _c 和二极管导通曲线V _f -I _f 。

第三步、将开通损耗E _on 、关断损耗E _off 、开通时间t _on 、关断时间t _off ，IGBT的开通和关断动态特性曲线V _ge -time、V _ce -time、I _c -time，拖尾电流曲线I _tail -time、二极管反向恢复电流曲线I _recovery -time、传输特性数据曲线V _ge -I _c 、输出特性曲线V _ce -I _c 和二极管导通曲线V _f -I _f 导入有限元仿真软件中进行数据拟合，得到考虑器件内部复杂结构特性和寄生参数的器件级IGBT模型。

第四步、将器件级IGBT模型导入电路仿真软件中，得到IGBT等效电路模型。

第五步、根据数据手册中的IGBT连接母排的尺寸及材料特性参数，在有限元仿真软件中建立IGBT连接母排三维结构模型。

第六步、根据求解频率范围（150kHz~108MHz）与模型的电尺寸之间的关系设置IGBT连接母排三维结构模型的边界条件。

第七步、设置参数提取的频率范围为150kHz~108MHz、收敛误差为0.05%。

第八步、将IGBT连接母排三维结构模型的RLC参数导入电路仿真软件中，建立IGBT连接母排的等效电路模型。

第九步、将IGBT等效电路模型与IGBT连接母排的等效电路模型按照IGBT及IGBT连接母排的实际连接情况相连，形成如图8所示的IGBT及IGBT连接母排的等效电路模型。

对电磁发射强度有较大影响的IGBT大功率半导体器件采用“双脉冲测试+仿真”的新型联合建模方法，建立的IGBT及IGBT连接母排的等效电路模型可以准确反映产品实际工作特性。IGBT连接母排作用于薄膜电容与IGBT之间，起电气连接作用，基于阻抗最小原则，为电流流通提供有效路径。通过设计IGBT连接母排的结构参数，可以减小高频作用下阻抗大小，从而降低干扰电流流过IGBT连接母排时所产生的干扰电压幅值，进而有益于低电磁发射系统的建立。

建立如图9所示的三相交流母排模型的方法包括：

首先，根据厂家提供的数据手册中的三相交流母排的尺寸及材料特性参数，在有限元仿真软件中建立三相交流母排三维结构模型。

其次，根据求解频率范围（150kHz~108MHz）与模型的电尺寸之间的关系设置三相交流母排三维结构模型的边界条件。

再次，设置参数提取的频率范围为150kHz~108MHz、收敛误差为0.05%。

然后，进行三相交流母排三维结构模型的仿真计算，得到三相交流母排在150kHz~108MHz频率范围内的S参数模型。

最后，将三相交流母排在150kHz~108MHz频率范围内的S参数模型导入电路仿真软件中，得到如图9所示的三相交流母排模型。

三相交流母排模型充分考虑了母排在不同频率下的阻抗参数非线性变化问题，基于有限元仿真软件直接计算母排在宽频域范围（150kHz~108MHz）内的阻抗参数特性，可以满足从低频状态到高频状态下母排的不同阻抗参数任意获取，然后利用有限元仿真软件与电路仿真软件之间的兼容性，将三相交流母排在150kHz~108MHz频率范围内的S参数模型导入电路仿真软件中，得到三相交流母排模型，避免了采用测试法对数据进行拟合，搭建等效电路模型时存在的精度较低和工作量较大的问题，避免了只考虑低频或高频下某个单一频点的三相交流母排阻抗特性问题，保证了三相交流母排在不同频点的参数特性与系统实际工作状态一致，从而能提高多合一电驱系统在150kHz~108MHz频率范围内的可靠性。

建立如图10所示的（星型连接的）三相电机阻抗等效电路模型的方法包括：

第一步、利用高精度宽频阻抗分析仪测量150kHz~108MHz频率范围内三相电机端口共模阻抗的幅值及相位，得到三相电机端口的共模阻抗幅值曲线及相位曲线。

第二步、通过三相电机端口共模阻抗与单相共模阻抗之间的计算公式进行转换（为现有技术），得到三相电机的单相共模阻抗幅值曲线及相位曲线。

第三步、根据三相电机的单相共模阻抗幅值曲线及相位曲线，采用向量拟合法建立三相电机的共模阻抗模型；其中，三相电机的共模阻抗模型由电阻、电感、电容和2个共模阻抗单元串联构成，每个共模阻抗单元都由电阻、电感、电容并联构成。

第四步、利用高精度宽频阻抗分析仪测量150kHz~108MHz频率范围内三相电机端口差模阻抗的幅值及相位，得到三相电机端口的差模阻抗幅值曲线及相位曲线。

第五步、通过三相电机端口差模阻抗与单相差模阻抗之间的计算公式进行转换（为现有技术），得到三相电机的单相差模阻抗幅值曲线及相位曲线。

第六步、根据三相电机的单相差模阻抗幅值曲线及相位曲线，采用向量拟合法建立三相电机的差模阻抗模型；其中，三相电机的差模阻抗模型由6个差模阻抗单元串联构成，每个差模阻抗单元都由电阻、电感、电容并联构成。

第七步、将三相电机的共模阻抗模型与差模阻抗模型按照三相电机的三相实际连接情况相连，形成如图10所示的三相电机阻抗等效电路模型。

另外，在本实施例的多合一电驱系统高压传导发射电磁干扰风险预测模型中，提取电磁干扰传播路径上的分布参数及回路中的重要寄生参数，对于影响电磁干扰大小的关键寄生参数进行优化设计，或者在保证电磁兼容性能要求的前提下进行降本设计，可以设计出低电磁发射、低成本的多合一电驱系统。

Claims (7)

1.一种预测多合一电驱系统高压传导发射电磁干扰风险的方法，其特征在于，包括：

建立LISN等效电路模型，建立高压直流电源线缆模型，建立π型滤波电路模型，建立放电电阻等效电路模型，建立薄膜电容等效电路模型，建立IGBT及IGBT连接母排的等效电路模型，建立三相交流母排模型，建立三相电机阻抗等效电路模型；

在电路仿真软件中将LISN等效电路模型、高压直流电源线缆模型、π型滤波电路模型、放电电阻等效电路模型、薄膜电容等效电路模型、IGBT及IGBT连接母排的等效电路模型、三相交流母排模型和三相电机阻抗等效电路模型按照多合一电驱系统的实际布置情况连接，组成多合一电驱系统高压传导发射电磁干扰风险预测模型；

根据多合一电驱系统工作最大频率及开通、关断波形中的上升、下降时间设置仿真步长、仿真时间；

测量所述预测模型中LISN正极、负极在预设阻值负载时的端电压时域数据，并转换成工作频域波形，得到工作频率范围内的正极计算电压曲线、负极计算电压曲线；

导入标准的正极、负极限值曲线分别与所述正极、负极计算电压曲线进行比较，如果所述正极计算电压曲线上的所有电压值均低于正极限值曲线上对应的标准限值，且所述负极计算电压曲线上的所有电压值均低于负极限值曲线上对应的标准限值，则表示多合一电驱系统满足高压传导发射电磁兼容性能要求，无电磁干扰超标风险，否则表示多合一电驱系统不满足高压传导发射电磁兼容性能要求，有电磁干扰超标风险。

2.根据权利要求1所述的预测多合一电驱系统高压传导发射电磁的方法，其特征在于：所述建立高压直流电源线缆模型的方法为：

根据高压直流电源线缆数据手册里面的线缆尺寸及材料特性参数，在有限元仿真软件中建立高压直流电源线缆三维结构模型；

根据求解频率范围与模型的电尺寸之间的关系设置高压直流电源线缆三维结构模型的边界条件；

设置参数提取的频率范围和收敛误差；

进行高压直流电源线缆三维结构模型的仿真计算，得到高压直流电源线缆在工作频率范围内的S参数模型，将该S参数模型导入电路仿真软件中，得到所述高压直流电源线缆模型。

3.根据权利要求1所述的预测多合一电驱系统高压传导发射电磁干扰风险的方法，其特征在于：所述建立π型滤波电路模型的方法为：

利用高精度宽频阻抗分析仪测量π型滤波电路中的磁环在工作频率范围内的阻抗幅值及相位，得到磁环的阻抗幅值曲线及相位曲线；

根据磁环的阻抗幅值曲线及相位曲线，采用向量拟合法建立磁环阻抗模型；其中，磁环阻抗模型由多个磁环阻抗单元串联构成，每个磁环阻抗单元都由电阻、电感、电容并联构成；

利用高精度宽频阻抗分析仪测量π型滤波电路中的Y电容在工作频率范围内的阻抗幅值及相位，得到Y电容的阻抗幅值曲线及相位曲线；

根据Y电容的阻抗幅值曲线及相位曲线，采用向量拟合法建立Y电容阻抗模型；其中，Y电容阻抗模型由电阻、电感、电容串联构成；

将磁环阻抗模型与Y电容阻抗模型按照π型滤波电路的实际布置情况相连，形成所述π型滤波电路模型。

4.根据权利要求1所述的预测多合一电驱系统高压传导发射电磁干扰风险的方法，其特征在于：

所述建立放电电阻等效电路模型的方法为：

利用高精度宽频阻抗分析仪测量放电电阻在工作频率范围内的阻抗幅值及相位，得到放电电阻的阻抗幅值曲线及相位曲线；

根据放电电阻的阻抗幅值曲线及相位曲线，采用向量拟合法建立放电电阻等效电路模型；其中，放电电阻等效电路模型由电阻与电容并联构成；

所述建立薄膜电容等效电路模型的方法为：

利用高精度宽频阻抗分析仪测量薄膜电容在工作频率范围内的阻抗幅值及相位，得到薄膜电容的阻抗幅值曲线及相位曲线；

根据薄膜电容的阻抗幅值曲线及相位曲线，采用向量拟合法建立薄膜电容等效电路模型；其中，薄膜电容等效电路模型由电阻、电感、电容串联构成。

5.根据权利要求1所述的预测多合一电驱系统高压传导发射电磁干扰风险的方法，其特征在于：所述建立IGBT及IGBT连接母排的等效电路模型的方法为：

通过双脉冲测试提取IGBT的开通损耗E _on 、关断损耗E _off 、开通时间t _on 、关断时间t _off ，IGBT的开通和关断动态特性曲线V _ge -time、V _ce -time、I _c -time，以及拖尾电流曲线I _tail - time、二极管反向恢复电流曲线I _recovery -time；

利用IGBT生产商提供的产品手册提取IGBT的传输特性数据曲线V _ge -I _c 、输出特性曲线V _ce -I _c 和二极管导通曲线V _f -I _f ；

将开通损耗E _on 、关断损耗E _off 、开通时间t _on 、关断时间t _off ，IGBT的开通和关断动态特性曲线V _ge -time、V _ce -time、I _c -time，拖尾电流曲线I _tail -time、二极管反向恢复电流曲线I _recovery -time、传输特性数据曲线V _ge -I _c 、输出特性曲线V _ce -I _c 和二极管导通曲线V _f -I _f 导入有限元仿真软件中进行数据拟合，得到考虑器件内部复杂结构特性和寄生参数的器件级IGBT模型；

将所述器件级IGBT模型导入电路仿真软件中，得到IGBT等效电路模型；

根据数据手册中的IGBT连接母排的尺寸及材料特性参数，在有限元仿真软件中建立IGBT连接母排三维结构模型；

根据求解频率范围与模型的电尺寸之间的关系设置IGBT连接母排三维结构模型的边界条件；

设置参数提取的频率范围和收敛误差，赋予材料属性并设置激励电流；

计算并提取IGBT连接母排三维结构模型的RLC参数；

将IGBT连接母排三维结构模型的RLC参数导入电路仿真软件中，建立IGBT连接母排的等效电路模型；

将IGBT等效电路模型与IGBT连接母排的等效电路模型按照IGBT及IGBT连接母排的实际连接情况相连，形成IGBT及IGBT连接母排的等效电路模型。

6.根据权利要求1所述的预测多合一电驱系统高压传导发射电磁干扰风险的方法，其特征在于：所述建立三相交流母排模型的方法包括：

根据数据手册中的三相交流母排的尺寸及材料特性参数，在有限元仿真软件中建立三相交流母排三维结构模型；

根据求解频率范围与模型的电尺寸之间的关系设置三相交流母排三维结构模型的边界条件；

设置参数提取的频率范围和收敛误差；

进行三相交流母排三维结构模型的仿真计算，得到三相交流母排在工作频率范围内的S参数模型，将该S参数模型导入电路仿真软件中，得到所述三相交流母排模型。

7.根据权利要求1所述的预测多合一电驱系统高压传导发射电磁干扰风险的方法，其特征在于：所述建立三相电机阻抗等效电路模型的方法包括：

利用高精度宽频阻抗分析仪测量工作频率范围内三相电机端口共模阻抗的幅值及相位，得到三相电机端口的共模阻抗幅值曲线及相位曲线；

通过三相电机端口共模阻抗与单相共模阻抗之间的计算公式进行转换，得到三相电机的单相共模阻抗幅值曲线及相位曲线；

根据三相电机的单相共模阻抗幅值曲线及相位曲线，采用向量拟合法建立三相电机的共模阻抗模型；其中，三相电机的共模阻抗模型由电阻、电感、电容和多个共模阻抗单元串联构成，每个共模阻抗单元都由电阻、电感、电容并联构成；

利用高精度宽频阻抗分析仪测量工作频率范围内三相电机端口差模阻抗的幅值及相位，得到三相电机端口的差模阻抗幅值曲线及相位曲线；

通过三相电机端口差模阻抗与单相差模阻抗之间的计算公式进行转换，得到三相电机的单相差模阻抗幅值曲线及相位曲线；

根据三相电机的单相差模阻抗幅值曲线及相位曲线，采用向量拟合法建立三相电机的差模阻抗模型；其中，三相电机的差模阻抗模型由多个差模阻抗单元串联构成，每个差模阻抗单元都由电阻、电感、电容并联构成；

将三相电机的共模阻抗模型与差模阻抗模型按照三相电机的三相实际连接情况相连，形成所述三相电机阻抗等效电路模型。

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