CN114925642A - 一种舰船平台短时工作的dc-dc直流充电机时域emi的建模方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种舰船平台短时工作的DC‑DC直流充电机时域EMI的建模方法，步骤包括：1)根据DC‑DC直流充电机功率电路中开关管的开关函数，获取开关过程的等效干扰源频谱信息；2)建立共模干扰等效电路模型和差模干扰等效电路；3)建立DC‑DC直流充电机输出侧共模电磁干扰电压和差模电磁干扰电压的时域表达式。本发明给出了采用Buck电路拓扑的直流充电机的共模电压和差模电压的时域计算解析解，通过时频变化能直接得出宽频段范围的直流充电机的EMI特性。
Description
技术领域
本发明涉及电磁兼容领域，具体是一种舰船平台短时工作的DC-DC直流充电机时域EMI的建模方法。
背景技术
现阶段舰船平台使用的推进电机具有短时大功率的工作特性会对舰船平台直流电网产生巨大的功率冲击。因此为了减少功率冲击带来的电磁干扰问题，使独立电网能够平稳工作需要通过直流电网对储能柜先行充电，在储能柜的电量满足后续推进电机短时工作的峰值功率和耗能需求时来驱动不同的电机，因此需要大容量DC-DC直流充电机在直流电网与储能柜之间进行短时大功率的直流充电。
DC-DC直流充电机中均使用了大功率半导体器件，在开通时其端电压接近于0，可以近似等效为短路状态，而在关断状态下的端电压为电源电压大小。因此半导体开关器件在开通和关断状态之间进行快速切换时不可避免地会产生很大的du/dt和di/dt，进而会产生电磁干扰的问题，对同时工作在独立电网上的其他用电设备造成了严重的电磁干扰风险。同时，现阶段在舰船平台上使用的DC-DC直流充电机的容量达到MW级，采用的半导体开关器件的开关频率会更高、功率更大，进而电路中会产生更大的电磁干扰，因此针对DC-DC直流充电机短时工作的特性进行建模来预测EMI特性的问题亟待解决。但是电力系统的短时工作特点所用到的直流充电机与以往的传统直流充电机稳态工作的特点有较大差异，同时对其进行时域的建模分析目前还没有找到很好的方法。
由于Buck电路的电路结构简单、传输功率较大、电路效率高等优势，使得其在舰船等平台的直流充电场景中得到越来越广泛的使用。但是从电磁干扰分析角度出发，由于本身电路拓扑中开关管的使用，以及开关管器件自身非线性的开关特性，会产生很严重的电磁干扰问题，影响设备正常安全的运行。
发明内容
本发明的目的是提供一种舰船平台短时工作的DC-DC直流充电机时域EMI的建模方法，包括以下步骤：
1)根据DC-DC直流充电机功率电路中开关管的开关函数，获取开关过程的等效干扰源频谱信息；
所述功率电路包括Buck电路；
其中，功率电路采用PWM控制方式控制开关管的通断；
开关管的开关函数如下所示：
式中，S＝1表示开关管开通；S＝0表示开关管关断。
获取开关过程的等效干扰源频谱信息的步骤包括：
1.1)获取开关管在开通和关断瞬间的时域波形，作为干扰源时域信息；
1.2)对干扰源时域信息进行快速傅里叶变换，得到干扰源频谱信息。
2)建立共模干扰等效电路模型和差模干扰等效电路；
所述差模干扰等效电路与功率电路相同。
建立共模干扰等效电路的步骤包括：
2.1)建立开关器件的几何模型，包括开关管、导热硅脂、绝缘衬垫和散热器；其中，绝缘衬垫位于散热器之上；导热硅脂位于绝缘衬垫之上；开关管位于导热硅脂之上；
2.2)根据开关器件的几何模型，求解开关管发射极对参考地的等效寄生电容Cp、散热器和参考地之间的等效电感Lcm；
2.3)根据开关管发射极对参考地的等效寄生电容Cp、散热器和参考地之间的等效电感Lcm，建立共模干扰等效电路。
共模干扰等效电路的电路拓扑如下所示：
记电源正极所在一端为A，负极所在一端为B；
A端连接开关管S的集电极；
开关管S的基极悬空，发射极串联电感L、电阻R后连接B端；
开关管S的发射极串联电容Cp后接地；
开关管S的发射极连接二极管D1的阴极；二极管D1的阳极连接B端；
A端连接电容C、电容C1、电阻R1后接地；
A端连接电容C2、电阻R2后接地；
B端连接电容C2、电阻R2后接地；B端连接电容C1、电阻R1后接地。
求解开关管发射极对参考地的等效寄生电容Cp、散热器和参考地之间的等效电感Lcm的工具包括Q3D软件。
3)建立DC-DC直流充电机输出侧共模电磁干扰电压和差模电磁干扰电压的时域表达式。
3.1)建立DC-DC直流充电机输出侧差模电磁干扰电压时域表达式，步骤包括：
3.1.1)在开关管S导通期间，建立差模干扰等效电路输入端电压与输出电流的关系式，即：
式中，E为输入端电压；iO1为开关管S导通时的输出电流；R为电阻；L为电感；
3.1.2)根据输入端电压与输出电流的关系式，建立输出电流iO1表达式，即：
式中，IO1为开关管S导通时输出电流初值；
为时间常数；t为时间；
3.1.3)在开关管S关断期间，建立此时输出电流iO2的时域表达式，即：
式中，iO2为开关管S关断时的输出电流；
3.1.4)根据输出电流iO1与输出电流iO2的关系式，建立输出电流iO2表达式，即：
式中，IO2为开关管S关断时输出电流初值；
3.1.5)建立开关管S工作在电流连续状态时的稳态电流约束，即：
式中，T为一个开关周期的时间；
3.1.6)联立方程(2)～(6)，求解得到开关管S导通时输出电流初值IO1和开关管S关断时输出电流初值IO2，即：
3.1.7)建立差模电磁干扰电压时域表达式，即：
式中，udm(t)为差模电磁干扰电压瞬时值；[t1,t2)为开关管S导通时间段；[t2,t3)为开关管S关断时间段。
3.2)建立DC-DC直流充电机输出侧共模电磁干扰电压时域表达式，步骤包括：
3.2.1)建立开关管S导通时，共模干扰等效电路输出侧两端的电位与输入侧电源中点之间电位差的表达式，即：
式中，U+、U-表示共模干扰等效电路输出侧两端的电位分别与输入侧电源中点之间的电位之差；
3.2.2)建立开关管S导通时共模电压ucm(t)表达式，即：
3.2.3)建立开关管S导通期间的输出电流iO3表达式，即：
3.2.4)根据公式(11)，建立输出电流iO3表达式，即：
式中，IO3为开关管S导通时输出电流初值；
3.2.5)更新开关管S导通期间共模电压ucm(t)表达式，即：
3.2.6)建立开关管S关断时，共模干扰等效电路输出侧两端的电位与输入侧电源中点之间电位差的表达式，即：
式中，iO4为开关管关断时的输出电流；
3.2.7)建立开关管S关断时共模电压ucm(t)表达式，即：
3.2.8)建立开关管S关断期间的输出电流iO4表达式，即：
3.2.9)根据公式(16)，建立开关管S关断期间的输出电流iO4表达式，即：
式中，IO4为开关管S关断时输出电流初值；
3.2.10)更新开关管S关断期间共模电压ucm(t)表达式，即：
3.2.11)联立公式(13)和公式(18)，建立共模电磁干扰电压时域表达式，即：
式中，ucm(t)为共模电磁干扰电压瞬时值；[t1,t2)为开关管S导通时间段；[t2,t3)为开关管S关断时间段。
输出电流初值Io3＝Io1；输出电流初值Io4＝Io2。
值得说明的是，本发明首先基于电路拓扑结构以及开关管的导通方式得出开关函数的数学模型，进而建立等效干扰源模型。然后，针对电磁干扰路径进行理论分析，对其中的寄生参数使用Q3D软件进行提取并等效为寄生电容元件，进而建立干扰传输路径的等效电路模型。最终，通过等效电路计算得出不同时段的传导电磁干扰电压的理论计算公式，即形成了基于舰船平台的短时工作的DC-DC直流充电机时域EMI理论建模的方法。
本发明的技术效果是毋庸置疑的,本发明提出了一种舰船平台短时工作的DC-DC直流充电机的时域EMI理论建模方法，能够用于预测直流充电机在电网侧的传导电磁干扰特性，并可用于分析干扰源在舰船电力系统中的传播特性，支撑开展舰船平台上独立电力系统的传导电磁干扰分析的研究，以及对传导电磁干扰进行针对性设计和控制等。
本发明基于开关管开关状态的建模方法，物理概念清晰，计算方法简单，能对Buck电路拓扑的直流充电机的时域电磁干扰源进行建模表征,为后续采取针对性的电磁干扰抑制措施奠定基础。
本发明给出了采用Buck电路拓扑的直流充电机的共模电压和差模电压的时域计算解析解，通过时频变化能直接得出宽频段范围的直流充电机的EMI特性。
本发明基于Buck电路的直流充电机电路，给出了其时域电磁干扰的建模方法和计算模型，同样可以直接推广应用到其它类型的DC-DC变换电路中。
附图说明
图1为Buck电路拓扑图；
图2为输入侧电源等效电路图；
图3为开关管的导通方式图；
图4为干扰源波形图；图4(a)为干扰源时域波形图；图4(b)为干扰源波形频谱图；
图5为差模干扰传输路径图；
图6为共模干扰传输路径图；
图7为Q3D几何建模提取等效电容；
图8为BUCK电路共模干扰等效电路图；
图9为共模电压时域对比结果图；
图10为差模电压时域对比结果图；
图11为共模电压频域对比结果图；
图12为差模电压频域对比结果图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
实施例1：
参见图1至图12，一种舰船平台短时工作的DC-DC直流充电机时域EMI的建模方法，包括以下步骤：
1)根据DC-DC直流充电机功率电路中开关管的开关函数，获取开关过程的等效干扰源频谱信息；
所述功率电路包括Buck电路；
其中，功率电路采用PWM控制方式控制开关管的通断；
开关管的开关函数如下所示：
式中，S＝1表示开关管开通；S＝0表示开关管关断。
获取开关过程的等效干扰源频谱信息的步骤包括：
1.1)获取开关管在开通和关断瞬间的时域波形，作为干扰源时域信息；
1.2)对干扰源时域信息进行快速傅里叶变换，得到干扰源频谱信息。
2)建立共模干扰等效电路模型和差模干扰等效电路；
所述差模干扰等效电路与功率电路相同。
建立共模干扰等效电路的步骤包括：
2.1)建立开关器件的几何模型，包括开关管、导热硅脂、绝缘衬垫和散热器；其中，绝缘衬垫位于散热器之上；导热硅脂位于绝缘衬垫之上；开关管位于导热硅脂之上；
2.2)根据开关器件的几何模型，求解开关管发射极对参考地的等效寄生电容Cp、散热器和参考地之间的等效电感Lcm；
2.3)根据开关管发射极对参考地的等效寄生电容Cp、散热器和参考地之间的等效电感Lcm，建立共模干扰等效电路。
共模干扰等效电路的电路拓扑如下所示：
记电源正极所在一端为A，负极所在一端为B；
A端连接开关管S的集电极；
开关管S的基极悬空，发射极串联电感L、电阻R后连接B端；
开关管S的发射极串联电容Cp后接地；
开关管S的发射极连接二极管D1的阴极；二极管D1的阳极连接B端；
A端连接电容C、电容C1、电阻R1后接地；
A端连接电容C2、电阻R2后接地；
B端连接电容C2、电阻R2后接地；B端连接电容C1、电阻R1后接地。
求解开关管发射极对参考地的等效寄生电容Cp、散热器和参考地之间的等效电感Lcm的工具包括Q3D软件。
3)建立DC-DC直流充电机输出侧共模电磁干扰电压和差模电磁干扰电压的时域表达式。
3.1)建立DC-DC直流充电机输出侧差模电磁干扰电压时域表达式，步骤包括：
3.1.1)在开关管S导通期间，建立差模干扰等效电路输入端电压与输出电流的关系式，即：
式中，E为输入端电压；iO1为开关管S导通时的输出电流；R为电阻；L为电感；
3.1.2)根据输入端电压与输出电流的关系式，建立输出电流iO1表达式，即：
式中，IO1为开关管S导通时输出电流初值；
为时间常数；t为时间；
3.1.3)在开关管S关断期间，建立此时输出电流iO2的时域表达式，即：
式中，iO2为开关管S关断时的输出电流；
3.1.4)根据输出电流iO1与输出电流iO2的关系式，建立输出电流iO2表达式，即：
式中，IO2为开关管S关断时输出电流初值；
3.1.5)建立开关管S工作在电流连续状态时的稳态电流约束，即：
式中，T为一个开关周期的时间；
3.1.6)联立方程(2)～(6)，求解得到开关管S导通时输出电流初值IO1和开关管S关断时输出电流初值IO2，即：
3.1.7)建立差模电磁干扰电压时域表达式，即：
式中，udm(t)为差模电磁干扰电压瞬时值；[t1,t2)为开关管S导通时间段；[t2,t3)为开关管S关断时间段。
3.2)建立DC-DC直流充电机输出侧共模电磁干扰电压时域表达式，步骤包括：
3.2.1)建立开关管S导通时，共模干扰等效电路输出侧两端的电位与输入侧电源中点之间电位差的表达式，即：
式中，U+、U-表示共模干扰等效电路输出侧两端的电位分别与输入侧电源中点之间的电位之差；
3.2.2)建立开关管S导通时共模电压ucm(t)表达式，即：
3.2.3)建立开关管S导通期间的输出电流iO3表达式，即：
3.2.4)根据公式(11)，建立输出电流iO3表达式，即：
式中，IO3为开关管S导通时输出电流初值；
3.2.5)更新开关管S导通期间共模电压ucm(t)表达式，即：
3.2.6)建立开关管S关断时，共模干扰等效电路输出侧两端的电位与输入侧电源中点之间电位差的表达式，即：
式中，iO4为开关管关断时的输出电流；
3.2.7)建立开关管S关断时共模电压ucm(t)表达式，即：
3.2.8)建立开关管S关断期间的输出电流iO4表达式，即：
3.2.9)根据公式(16)，建立开关管S关断期间的输出电流iO4表达式，即：
式中，IO4为开关管S关断时输出电流初值；
3.2.10)更新开关管S关断期间共模电压ucm(t)表达式，即：
3.2.11)联立公式(13)和公式(18)，建立共模电磁干扰电压时域表达式，即：
式中，ucm(t)为共模电磁干扰电压瞬时值；[t1,t2)为开关管S导通时间段；[t2,t3)为开关管S关断时间段。
输出电流初值Io3＝Io1；输出电流初值Io4＝Io2。
实施例2：
参见图1至图12，一种舰船平台短时工作的DC-DC直流充电机时域EMI的建模方法，包括以下步骤：
首先，针对DC-DC直流充电机常用的功率电路——Buck电路进行分析。然后，基于开关管的导通方式建立开关过程的数学函数模型进而建立等效干扰源模型。其次，针对电磁干扰路径分析，对其中的寄生参数使用Q3D软件进行提取，并通过对共模干扰与差模干扰的传导电磁干扰路径的理论分析建立等效电路模型。最终，推导出输出侧的共模电磁干扰电压与差模电磁干扰电压的时域表达式，即形成了基于舰船平台短时工作状态下的DC-DC直流充电机时域EMI理论建模的方法。本发明可以为类似工作状态下的设备提供时域EMI计算方法，适用于电力系统传导电磁干扰仿真，进而能为电力系统整体的电磁兼容预测提供模型支持。
本发明能够在理论上分析功率电路中开关管在高频开通和关断状态下产生的传导电磁干扰。
本发明提出的DC-DC直流充电机的时域EMI理论建模方法可用于各种直流电网中DC-DC直流充电机短时工作特性的时域EMI建模，进而可用于对舰船直流电网短时电磁干扰的分析，可以为短时大功率的电力系统时域EMI建模分析提供方法指导。
实施例3：
参见图1至图12，一种舰船平台短时工作的DC-DC直流充电机时域EMI的建模方法，包括以下内容：
基于大功率DC-DC直流充电机常用的电路拓扑，对于半导体器件开通和关断过程中电压与电流的短时变化过程中产生的EMI问题进行理论分析，随后基于开关管的开关状态利用时域表达式进行短时工作方式下的电磁干扰计算。其次，在对干扰源进行时域分析的基础上，并对电磁干扰耦合路径进行等效电路建模，最终推导出对不同时段EMI理论计算的时域表达式。具体的步骤如下所示：
1)基于Buck电路中开关管的工作状态，推导出DC-DC直流充电机中干扰源计算模型。
本发明主要进行的理论推导过程是针对Buck电路带感性负载进行的理论分析，在理论推导过程中开关管的导通与关断状态使用的控制方式是PWM控制，其开关方式如图3所示。可以将本次推导中的开关导通状态设定为：t1～t2时刻，开关管的状态为导通状态；t2～t3时刻，开关管的状态为关断状态。
所以基于Buck电路拓扑结构中开关函数可以等效为下式所示：
其中，S＝1表示开关管开通，S＝0表示开关管关断。在开关管的开通和关断瞬间，其时域波形如图4(a)，由于在导通和关断状态下会产生很大的du/dt，因此可以将干扰源等效为方波的形式，随后将其干扰源进行快速傅里叶变换可以得到其频谱图如图4(b)所示。
2)分析干扰信号的传输路径，建立差模和共模传导干扰等效电路。
差模传导电磁干扰与共模传导电磁干扰信号的路径由于产生的原因各不相同，因此需要对差模干扰与共模干扰传输路径分别进行分析，并建立相应的等效电路模型。
差模干扰传输路径分析
差模传导电磁干扰的传输路径主要是通过开关管T，输出侧的负载电感L和电阻R，以及直流侧的电解电容器形成了差模干扰传输路径，如图5中箭头标注所示。由于针对其差模干扰传输路径与原电路的电流传输路径相同，不需要进行寄生参数提取，因此差模干扰等效电路与原有电路相同。
共模干扰传输路径分析
共模传导电磁干扰的传输路径为开关管T，直流电源被认为是短路，散热器与参考地的连接线的之间的等效电感Lcm也是传输路径中的一个重要环节。此外，共模干扰传输路径中还有由于开关管高频开关下不可忽略的开关管发射极对参考地的等效寄生电容Cp。综上，共模干扰传输路径如图6中箭头标注所示。
针对共模干扰路径理论分析中的开关管发射极对参考地的等效寄生电容以及散热器和参考地之间的等效电感需要使用Q3D软件进行参数提取。首先要建立起开关器件的几何模型如图7所示，主要包括开关管、导热硅脂、绝缘衬垫以及散热器四部分。然后，在Q3D材料设置中定义各种材料特性。最后添加求解设置(Solve Setup)来单独求解电容参数矩阵(Spice Matrix)以及等效电感参数，即求解出了开关管发射极对参考地的等效寄生电容Cp与散热器和参考地之间的等效电感Lcm。
3)基于差模和共模的等效电路，给出了差模和共模干扰时域EMI的理论计算公式。
差模电压的时域EMI理论计算公式
假设Buck电路中α为占空比，ton为导通时间，E为输入端电压均为已知。下面通过每一个时间段进行分析具体过程：
当t1～t2时，开关管V导通，设输出的电流为iO1，则有：
设输出电流的初值为IO1，时间常数为
可得到iO1(t)：
当t2～t3时，开关管V关断，设输出的电流为iO2，则有：
设此时的输出电流的初值为IO2，时间常数为
当工作在电流连续状态时，稳态下的电流满足以下关系：
联立方程(2)～(6)解得电流的初值：
因此其差模电压的瞬时值udm(t)为
共模电压的时域EMI理论计算公式
当t1～t2时，开关管V导通，此时有：
其中，U+、U-代表电路输出侧两端的电位分别与输入侧电源中点之间的电位之差，如图2所示。所以共模电压表示为：
又有
类似于上述计算过程中的差模电压计算，设置电流的初值为IO3，
则：
当t2～t3时，开关管V关断，输出电流设为iO4，此时有：
所以共模电压表示为：
又有
设置电流的初值为IO4，故
则：
因此其共模电压的瞬时值ucm(t)为
在上述的推导计算的过程中，由于电路运行的过程及其开关管导通和关断的时间是相同的，因此在共模电压的计算过程中涉及到的稳态时电流的初值是和差模电流计算过程中的电流初值相等，即Io3＝Io1、Io4＝Io2，因此最终得出共模电压的计算表达式。
实施例4：
一种舰船平台短时工作的DC-DC直流充电机时域EMI的建模方法，包括以下内容：
1)确定电路参数。Buck电路的具体建模分析对象拓扑图如图1所示。根据Udm＝αE来设置输入侧电压与开关管控制信号的占空比，进而实现DC-DC的电压转换。其中输入侧的电压为900V，占空比为50％，开关频率为50kHz。根据导通时间可以得出输出侧的差模电压如
表1所示。
表1不同时刻输出的差模电压
2)针对差模电压的理论分析中，首先根据开关管的开通和关断状态来判断电路运行状态。由于电路负载形式为感性，在开关管开通和关断时刻的电流不会瞬态变化，对输出侧列写KVL方程，进而可以得到电流的初试值IO1、IO2。根据电路中的时间常数得到电路输出侧差模电流的时域表达式，最终根据负载形式求出输出侧差模电压时域表达式。
3)针对共模电压的理论分析中，通过电路中开关管两端的电压变化并使用共模电压表达式Ucm＝(U++U-)/2进行推导。使用类似差模电压理论推导的分析方法，同样需要根据负载电流列写KVL方程。由于电路中电流的初始值相同，最终根据共模电流求解公式得到输出侧共模电压的时域表达式。
4)在MATLAB/Simulink中分别搭建与图5——图8所示的共模与差模干扰传输电路相同的仿真电路来验证理论分析结果的正确性。通过对时域EMI理论计算过程进行编程，将计算结果与时域电路的仿真结果在时域与频域进行对比如图9——图12所示。可以发现在电路中的主要的频点与幅值均能得到很好的拟合效果，验证了短时工作的直流充电机时域EMI理论建模方法的正确性。但是由于MATLAB/Simulink仿真软件会考虑到电路的对称性计算，仿真电路的干扰频点会减少，因此会导致理论计算结果中频域的计算结果的干扰频点相对密集，造成对比结果中的误差。
Claims (10)
1.一种舰船平台短时工作的DC-DC直流充电机时域EMI的建模方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)根据DC-DC直流充电机功率电路中开关管的开关函数，获取开关过程的等效干扰源频谱信息。
2)建立所述共模干扰等效电路模型和差模干扰等效电路。
3)建立DC-DC直流充电机输出侧共模电磁干扰电压和差模电磁干扰电压的时域表达式。
2.根据权利要求1所述的一种舰船平台短时工作的DC-DC直流充电机时域EMI的建模方法，其特征在于，所述功率电路包括Buck电路；
其中，功率电路采用PWM控制方式控制开关管的通断；
开关管的开关函数如下所示：
式中，S＝1表示开关管开通；S＝0表示开关管关断。[t1,t2)为开关管S导通时间段；[t2,t3)为开关管S关断时间段。
3.根据权利要求1所述的一种舰船平台短时工作的DC-DC直流充电机时域EMI的建模方法，其特征在于，获取开关过程的等效干扰源频谱信息的步骤包括：
1)获取开关管在开通和关断瞬间的时域波形，作为干扰源时域信息；
2)对干扰源时域信息进行快速傅里叶变换，得到干扰源频谱信息。
4.根据权利要求1所述的一种舰船平台短时工作的DC-DC直流充电机时域EMI的建模方法，其特征在于，所述差模干扰等效电路与功率电路相同。
5.根据权利要求1所述的一种舰船平台短时工作的DC-DC直流充电机时域EMI的建模方法，其特征在于，建立共模干扰等效电路的步骤包括：
1)建立开关器件的几何模型，包括开关管、导热硅脂、绝缘衬垫和散热器；其中，绝缘衬垫位于散热器之上；导热硅脂位于绝缘衬垫之上；开关管位于导热硅脂之上；
2)根据开关器件的几何模型，求解开关管发射极对参考地的等效寄生电容Cp、散热器和参考地之间的等效电感Lcm；
3)根据开关管发射极对参考地的等效寄生电容Cp、散热器和参考地之间的等效电感Lcm，建立共模干扰等效电路。
6.根据权利要求5所述的一种舰船平台短时工作的DC-DC直流充电机时域EMI的建模方法，其特征在于，共模干扰等效电路的电路拓扑如下所示：
记电源正极所在一端为A，负极所在一端为B；
A端连接开关管S的集电极；
开关管S的基极悬空，发射极串联电感L、电阻R后连接B端；
开关管S的发射极串联电容Cp后接地；
开关管S的发射极连接二极管D1的阴极；二极管D1的阳极连接B端；
A端连接电容C、电容C1、电阻R1后接地；
A端连接电容C2、电阻R2后接地；
B端连接电容C2、电阻R2后接地；B端连接电容C1、电阻R1后接地。
7.根据权利要求5所述的一种舰船平台短时工作的DC-DC直流充电机时域EMI的建模方法，其特征在于，求解开关管发射极对参考地的等效寄生电容Cp、散热器和参考地之间的等效电感Lcm的工具包括Q3D软件。
8.根据权利要求1所述的一种舰船平台短时工作的DC-DC直流充电机时域EMI的建模方法，其特征在于，建立DC-DC直流充电机输出侧差模电磁干扰电压时域表达式的步骤包括：
1)在开关管S导通期间，建立差模干扰等效电路输入端电压与输出电流的关系式，即：
式中，E为输入端电压；iO1为开关管S导通时的输出电流；R为电阻；L为电感；
2)根据输入端电压与输出电流的关系式，建立输出电流iO1表达式，即：
式中，IO1为开关管S导通时输出电流初值；
为时间常数；t为时间；
3)在开关管S关断期间，建立此时输出电流iO2的时域表达式，即：
式中，iO2为开关管S关断时的输出电流；
4)根据输出电流iO1与输出电流iO2的关系式，建立输出电流iO2表达式，即：
式中，IO2为开关管S关断时输出电流初值；
5)建立开关管S工作在电流连续状态时的稳态电流约束，即：
式中，T为一个开关周期的时间；
6)联立方程(2)～(6)，求解得到开关管S导通时输出电流初值IO1和开关管S关断时输出电流初值IO2，即：
7)建立差模电磁干扰电压时域表达式，即：
式中，udm(t)为差模电磁干扰电压瞬时值；[t1,t2)为开关管S导通时间段；[t2,t3)为开关管S关断时间段。
9.根据权利要求1所述的一种舰船平台短时工作的DC-DC直流充电机时域EMI的建模方法，其特征在于，建立DC-DC直流充电机输出侧共模电磁干扰电压时域表达式的步骤包括：
1)建立开关管S导通时，共模干扰等效电路输出侧两端的电位与输入侧电源中点之间电位差的表达式，即：
式中，U+、U-表示共模干扰等效电路输出侧两端的电位分别与输入侧电源中点之间的电位之差；
2)建立开关管S导通时共模电压ucm(t)表达式，即：
3)建立开关管S导通期间的输出电流iO3表达式，即：
4)根据公式(11)，建立输出电流iO3表达式，即：
式中，IO3为开关管S导通时输出电流初值；
5)更新开关管S导通期间共模电压ucm(t)表达式，即：
6)建立开关管S关断时，共模干扰等效电路输出侧两端的电位与输入侧电源中点之间电位差的表达式，即：
式中，iO4为开关管关断时的输出电流；
7)建立开关管S关断时共模电压ucm(t)表达式，即：
8)建立开关管S关断期间的输出电流iO4表达式，即：
9)根据公式(16)，建立开关管S关断期间的输出电流iO4表达式，即：
式中，IO4为开关管S关断时输出电流初值；
10)更新开关管S关断期间共模电压ucm(t)表达式，即：
11)联立公式(13)和公式(18)，建立共模电磁干扰电压时域表达式，即：
式中，ucm(t)为共模电磁干扰电压瞬时值；[t1,t2)为开关管S导通时间段；[t2,t3)为开关管S关断时间段。
10.根据权利要求9所述的一种舰船平台短时工作的DC-DC直流充电机时域EMI的建模方法，其特征在于：输出电流初值Io3＝Io1；输出电流初值Io4＝Io2。
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|---|---|---|---|
| CN202210498045.0A CN114925642A (zh) | 2022-05-09 | 2022-05-09 | 一种舰船平台短时工作的dc-dc直流充电机时域emi的建模方法 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113325258A (zh) * | 2021-06-02 | 2021-08-31 | 中车青岛四方车辆研究所有限公司 | 一种传导电磁干扰测试方法及系统 |
| CN115459585A (zh) * | 2022-09-13 | 2022-12-09 | 浙江大学 | 一种基于电磁干扰模型的变流器箱体接地设计方法 |
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2022
- 2022-05-09 CN CN202210498045.0A patent/CN114925642A/zh active Pending
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