新能源汽車電磁兼容性設計理論與方法

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新能源汽車電磁兼容性設計理論與方法

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內容描述

電磁兼容性是新能源汽車的一項關鍵共性技術，
對保障新能源汽車安全行駛、減少或避免故障十分重要。
隨著智能網聯電動汽車的發展，
電磁兼容性分析與設計成為研發中不可或缺的環節，是工程師必須掌握的知識和技能。
本書以建模仿真、試驗測量和工程案例相結合的方式，介紹了新能源汽車電機驅動系統、
 DC-DC變換器、無線充電系統、整車控制器、電池管理系統以及整車電磁兼容性的相關內容，
使讀者能夠熟練掌握電磁兼容性的分析方法、建模仿真方法、整改方法以及測試方法。
本書可供車輛工程相關專業的研究生、
高年級本科生和工程技術人員參考學習使用。

目錄大綱

目錄
前言
叢書序
第1章緒論
1.1 概述……............. 01
1.2 新能源汽車電磁兼容性問題…… 02
1.2.1 電機驅動系統EMC 問題……. 02
1.2.2 DC-DC 變換器系統EMC 問題……..... 06
1.2.3 無線充電系統EMC 問題……. 09
1.2.4 整車控制器EMC 問題……..... 12
1.2.5 電池管理系統EMC 問題……. 16
1.2.6 整車EMC 要求…… 18
參考文獻……............. 19
第2章新能源汽車電磁兼容基礎
2.1 概述……........... 27
2.2 新能源汽車電磁兼容……........ 28
2.2.1 電氣基本架構…….. 28
2.2.2 電磁兼容問題…….. 29
2.3 電磁兼容理論基礎…… 38
2.3.1 電磁干擾源……... 38
2.3.2 耦合路徑……...... 39
2.4 電磁兼容性設計……. 42
2.4.1 高性能電子電氣架構建模…….. 43
2.4.2 電磁兼容性建模和電磁兼容性設計.......................... 43
2.5 電磁干擾抑制措施…… 45
2.5.1 EMI 抑制技術……... 45
2.5.2 關鍵部件EMI 抑制技術……... 48
參考文獻……............. 49
第3章電機驅動系統電磁干擾預測與抑制
3.1 概述……............. 51
3.2 電機驅動系統EMI 的機理……. 52
3.2.1 電機驅動系統傳導發射測試…….. 52
3.2.2 IGBT 電磁干擾源……........ 54
3.2.3 電磁干擾耦合路徑……..... 56
3.3 電機驅動系統電磁干擾建模……..... 64
3.3.1 電機驅動系統電磁干擾建模與仿真.......................... 64
3.3.2 電機驅動系統聯合仿真…….. 91
3.4 基於測量的電驅動系統電磁發射SPICE等效電路建模................ 94
3.4.1 建模方法概述…….. 94
3.4.2 SPICE 等效電路建立…….. 95
3.4.3 SPICE 等效電路模型驗證…… 98
3.4.4 系統諧振抑制方法……..... 99
3.5 EMI 電源濾波器……113
3.5.1 高壓輸入端口濾波器設計…….114
3.5.2 基於諧振點抑制的濾波電路設計方法.................... 122
3.5.3 電機控制器高壓直流電源EMI 濾波器設計............ 130
3.5.4 空心電感高壓直流電源EMI 濾波器設計................ 139
3.6 電磁干擾測試……... 147
3.6.1 電磁干擾測試平台…….. 147
3.6.2 傳導發射（電壓法） ……..... 148
3.6.3 傳導發射（電流探頭法） …… 150
3.6.4 低壓電源線對高壓電源線的耦合............................ 154
3.6.5 傳導EMI 抑制…… 155
3.6.6 電機驅動系統直流和交流電源線電壓和電流........ 158
3.6.7 轉速和轉矩對傳導騷擾電壓和電流的影響............ 160
3.6.8 電磁輻射試驗…… 163
3.6.9 傳導騷擾電壓差共模分離測試…….. 166
參考文獻……...........170
第4章DC-DC變換器電磁干擾預測與抑制
4.1 概述……........... 170
4.2 DC-DC 變換器傳導發射測試……. 171
4.2.1 隔離型全橋高低壓DC-DC 變換器的結構.............. 171
4.2.2 傳導電磁發射的測試佈置…… 171
4.3 DC-DC 變換器EMI 的預測…… 173
4.3.1 干擾源……....... 173
4.3.2 DC-DC 變換器系統傳導發射高頻等效電路........... 174
4.3.3 電磁干擾耦合路徑……... 177
4.3.4 傳導EMI 仿真預測……... 182
4.4 高壓電源EMI 濾波器……....... 183
4.4.1 高壓輸入端口EMI 濾波器設計…….. 183
4.4.2 基於諧振點抑制的濾波電路設計............................ 188
4.5 輻射發射……...... 191
4.5.1 理論分析…….... 191
4.5.2 輻射發射測量…… 192
參考文獻……........... 194
第5章無線充電系統電磁安全與電磁兼容
5.1 概述……............ 197
5.2 無線充電系統的結構……....... 197
5.2.1 系統結構…….... 197
5.2.2 系統建模…….... 198
5.2.3 系統性能仿真…… 202
5.3 無線充電的工作原理……......... 203
5.3.1 傳輸功率…….... 204
5.3.2 效率……......... 207
5.3.3 偏移特性……... 208
5.3.4 偏移對效率的影響……....211
5.4 磁場分佈……........ 218
5.4.1 整車模型…….... 218
5.4.2 磁場測試點分佈……....... 219
5.4.3 偏移時的耦合線圈互感……. 220
5.4.4 磁場分佈分析…… 221
5.4.5 磁感應強度測量……....... 224
5.5 電源線傳導電磁干擾建模與抑制…….. 227
5.5.1 干擾源……....... 227
5.5.2 電磁干擾機理…… 229
5.5.3 傳導騷擾預測…… 235
5.5.4 EMI 濾波器……..... 238
5.5.5 傳導騷擾電壓測量……... 242
5.6 公共電網電源線諧波……......... 245
5.6.1 諧波分析…….... 246
5.6.2 傳統整流濾波升壓電路系統的諧波........................ 246
5.6.3 採用PFC 電路系統的諧波…… 250
5.6.4 系統諧波抑制方法……... 254
5.7 無線充電系統次級側電路電磁輻射…….... 256
5.7.1 輻射發射系統建模……... 256
5.7.2 次級側充電電纜輻射發射…… 257
5.7.3 輻射EMI 抑制…… 259
參考文獻……........... 262

第6章整車控制器信號完整性與電磁兼容
6.1 概述……............ 264
6.2 整車控制器的功能與結構……. 264
6.3 整車控制器硬件電磁兼容性設計…….. 265
6.3.1 電源線電磁抗擾度……... 265
6.3.2 PCB 電源完整性……....... 268
6.3.3 信號完整性…….... 269
6.4 電源分配網絡等效電路……..... 275
6.4.1 芯片電源分配網絡等效電路…… 275
6.4.2 以太網芯片電源分配網絡集總參數模型................ 282
6.5 PCB 去耦電容優化方法…….. 283
6.5.1 整車控制器PCB 電源分配網絡阻抗....................... 283
6.5.2 PDN 去耦電容優化……... 290
6.5.3 頻域阻抗驗證…… 297
6.6 PCB 信號完整性建模與分析…… 299
6.6.1 車載以太網信號與CAN 總線信號頻譜................... 299
6.6.2 反射建模與仿真……....... 300
6.6.3 串擾建模與仿真……....... 308
6.7 PCB 電磁輻射……... 317
6.7.1 電磁輻射機理…… 317
6.7.2 PCB 電磁輻射分析……... 318
6.8 以太網整車控制器電源線傳導EMI 抑制........................ 320
參考文獻……........... 322
第7章電池管理系統電磁兼容
7.1 概述……........... 325
7.2 BMS 的功能與結構…….......... 326
7.3 PCB 電源分配網絡去耦電容……. 327
7.3.1 去耦電容優化設計方法……. 327
7.3.2 去耦電容佈置…… 331
7.3.3 電源平面諧振分析……... 332
7.4 時鐘信號……...... 333
7.4.1 電磁干擾機理…… 334
7.4.2 近場掃描預測…… 337
7.4.3 時鐘干擾信號抑制……... 340
7.4.4 BMS 電磁輻射發射試驗……. 342
7.5 DC-DC 芯片開關噪聲…….... 343
7.5.1 開關噪聲產生機理……... 343
7.5.2 電磁干擾建模預測……... 346
7.5.3 DC-DC 干擾抑制方法…….... 347
7.6 CAN 總線抗干擾分析……...... 349
7.6.1 CAN 總線電路電磁干擾……. 349
7.6.2 CAN 總線抗干擾電路設計…… 350
7.7 PCB 電磁輻射…… 353
參考文獻…….......... 355
第8章整車電磁輻射測量、診斷與抑制
8.1 概述……........... 358
8.2 乘用車整車電磁輻射……......... 359
8.2.1 整車輻射發射測試……... 359
8.2.2 整車輻射發射抑制…….. 362
8.3 商用車整車電磁輻射……......... 364
8.3.1 整車電磁輻射測試……... 364
8.3.2 電磁干擾源診斷……....... 366
8.3.3 整車輻射電磁干擾抑制……. 370
8.4 整車電磁干擾診斷方法……..... 373
8.5 實車EMI 測量…….. 381
8.5.1 電磁干擾頻域特性……... 381
8.5.2 電磁干擾時域特性……... 389
參考文獻……........... 391

作者介紹

翟麗，工學博士，北京理工大學機械與車輛學院教授，全國無線電干擾標準化技術委員會A分會委員。
2004年3月博士畢業留校任教，長期從事新能源汽車電磁兼容、電驅動系統控制等領域的研究。
2013年1月至2014年1月在美國密蘇里科技大學電磁兼容實驗室做訪問學者。
主持或參與國家自然科學基金面上項目、國家研發項目裝預研項目、軍委裝備發展部預先研究項目、國防基礎科研計劃項目、北京市優秀人才資助計劃等多項項目。
發表SCI/EI檢索論文70餘篇，出版教材、譯著、專著共5本，授權和公開專利25項。
獲北京市高等教育教學成果1項，北京理工大學教學成果1項、2項，兵器工業科學技步1項，北京理工大學優秀科技成果1項。