[发明专利]一种滤波器设计方法

说明书

本发明提供了一种滤波器设计方法，适用于新能源汽车电机控制器中的高压直流电源电磁干扰抑制，其不仅可以实现滤波器元件参数的设计，还能进一步根据电机控制器的电流大小、电压大小、限值要求和空间大小等，合理地调整滤波器的结构和元件参数，使滤波器更加匹配电机控制器的需求；设计中采用了空芯电感作为滤波器的电感元件，相比于常规的磁芯结构，降低了电感工作时的损耗，并且避免了大电流时磁芯的饱和问题；采用差模电感与共模电容的组合作为滤波器的基本电路，使得差共模滤波电路的转折频点一致，无需差共模分别设计，简化了滤波器的设计流程。

技术领域

本发明涉及电磁干扰(EMI)滤波技术领域，特别是涉及一种针对新能源汽车电机控制器中高压直流电源电磁干扰的滤波器设计方法。

背景技术

当前，电机控制器作为一种新能源汽车的关键部件，普遍采用功率半导体器件(如IGBT等)进行脉冲宽度调制(PWM)控制，来实现对电机控制器输出三相电压的调节。功率半导体器件的快速通断产生较高的电流变化率di/dt和电压变化率du/dt，会产生不期望的电磁噪声，不仅会影响车内外无线电接收设备，也会通过高压电源线影响其他车载高低压部件。此外，电机驱动系统产生的这种电磁噪声，不仅会使自身设备不能满足EMC标准限值要求，还会导致整车不能满足EMC标准限值要求。

为了抑制这种电机控制器功率半导体器件通断带来的电磁干扰，在电机控制器高压直流电源线上安装EMI滤波器是较为有效的方法。目前常用的EMI滤波器的设计方法主要有：工程试验法、基于滤波器转折频率的设计方法等。然而，工程试验法虽然是当前电磁兼容处理中被采用最多的方法，但由于其缺乏滤波器设计理论，需要经过反复多轮的试验才能确定滤波器拓扑和参数，整改周期长，成本高；基于滤波器转折频率的设计方法虽然具有可依据的理论，但还需要配合传导干扰测试及调试计算的过程，也比较复杂。

发明内容

有鉴于此，针对上述现有技术中所存在的技术问题，本发明提供了一种滤波器设计方法，适用于新能源汽车电机控制器中的高压直流电源电磁干扰，所述方法具体包括以下步骤：

步骤一、基于新能源汽车电机控制器高压直流侧传导干扰测试结果，确定滤波器的目标插入损耗曲线；

步骤二、依据阻抗失配原则，根据电机驱动系统的直流侧噪声源阻抗特性，选取滤波器基本拓扑结构；

步骤三、根据选定的滤波器基本拓扑结构对应阶数，基于所述目标插入损耗曲线，确定滤波器的级数及相应的各级转折频率；

步骤四、根据电机驱动系统额定电压、工作电流等信息确定差模电感，并基于所确定的差模电感确定各级共模电容。

由此即完成了滤波器中各级元件的参数设计。

进一步地，在实现滤波器的参数设计基础上，本发明在方法中还提供了相应的滤波器元件如作为差模电感的空芯电感以及整体的结构设计，具体包括：

在步骤四中，还确定滤波器的体积要求，由所述电流等级确定作为差模电感的空芯电感线径，根据滤波器的级数和体积要求确定每一级空芯电感的线圈长度l、匝数N以及绕组截面直径D。

进一步地，作为差模电感的每一级空芯电感L的线圈长度l、匝数N以及绕组截面直径D，采用以下公式计算：

对于每一级电路中的共模电容，采用以下公式计算：

其中，f为该级转折频率。

进一步地，本发明的方法还包括：

步骤五、搭建滤波器样机，如果滤波器体积不能满足要求，则返回步骤三，重新选取滤波器级数及各级转折频率；