專利名稱：一種電動汽車用的共模電流抑制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電動汽車技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種電動汽車用的共模電流抑制裝置。
技術(shù)背景電動汽車具有節(jié)能、環(huán)保的優(yōu)點，其研究與開發(fā)受到了廣泛重視。但是，車載大功率 電源變換器在工作過程中產(chǎn)生寬頻電磁噪聲和電磁干擾(electromagnetic interfere, EMI)、主要以共模電流的形式沿電纜和底盤傳播，影響車上電氣設(shè)備和控制系統(tǒng)的正常工 作，產(chǎn)生嚴(yán)重的電磁兼容性問題，不利于電動汽車的可靠運行及其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。在"十一 五"期間，電動汽車的電磁兼容做為一項關(guān)鍵共性技術(shù)，成為相關(guān)部件廠家和整車單位的 重要的研發(fā)目標(biāo)。濾波技術(shù)是一種常用的抗電磁干擾方法，在電源變換器的主電路輸出正負(fù)兩根電纜分 別與機(jī)殼或接地點之間并接一個高頻電容，為高頻電流提供一個低阻抗回路，從而降低減 小共模電流對其它電氣設(shè)備的干擾，但是，如果在電動汽車上使用這種方法，將在電動汽 車高壓電氣系統(tǒng)和車輛底盤之間建立了電氣連接，降低了電動汽車高壓電氣系統(tǒng)與車輛底 盤之間的阻抗，可能導(dǎo)致漏電等安全問題。電磁屏蔽是另一種常用的抗電磁干擾方法，在 電源變換器的主電路輸出正負(fù)兩根電纜上套接屏蔽軟管線，也可以為高頻電流提供一個低 阻抗回路，把共模電流抑制在屏蔽管線上，從而減小共模電流產(chǎn)生的對外輻射以及對其它 電氣設(shè)備的干擾，但是，由于電動汽車高壓電氣系統(tǒng)中采用接插件等布線工藝的特點，不 能保證整個電氣回路屏蔽層的完整性，可能導(dǎo)致電磁泄露，甚至引發(fā)更嚴(yán)重的電磁干擾。利用電感在高頻下的高阻抗特性，在電動汽車共模電流回路中串聯(lián)共模電感可以增加 共?；芈纷杩?，減小共模電流；共模電感量越大、抑制效果越好。仿真研究和試驗結(jié)果表 明，12uH的電感對1-20MHz范圍內(nèi)的共模電流抑制效果可以達(dá)到10dB以上。但是，在電 動汽車環(huán)境下，功率電纜的線徑較大、可達(dá)lcm以上，對于市場上的磁芯，內(nèi)徑一般小于 4cm，電纜不可能在磁芯上進(jìn)行多匝纏繞產(chǎn)生大的電感量，電纜只能直接穿過磁芯，相當(dāng) 于l匝線圈匝數(shù)，得到的等效電感量只有l(wèi)uH左右，抑制效果差。因此，在電動汽車環(huán)境 下，如何提高共模電感的電感量是抑制共模電流的關(guān)鍵技術(shù)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是為了克服電纜穿過磁芯時導(dǎo)致電感量小的缺點，提供一種新的電動汽 車用共模電流抑制裝置，在這種裝置中，纏繞在磁芯中輔助線圈的輸出電壓做為共模電流 的傳感信號，經(jīng)過信號放大，在輔助線圈中產(chǎn)生與共模電流等相位的大電流，通過互感作用，使得電纜穿過磁芯時產(chǎn)生較大的高頻阻抗，對共模電流進(jìn)行抑制。本發(fā)明提出的電動汽車用的共模電流抑制裝置，其特征在于，該裝置包括同時套于兩根功率電纜的兩個高頻磁芯TR、TR2;分別纏繞在該兩個高頻磁芯上的輔助線圈N,、 N2; 由級聯(lián)的三個運算放大器和一個功率驅(qū)動器構(gòu)成的控制電路，輔助線圈N,的纏繞方向與電 纜穿過磁芯TR,的方向相同；輔助線圈N2的纏繞方向與電纜穿過磁芯TR,的方向相反，以電 纜穿入磁芯的起始點為同名端；N,的同名端接控制電路的地，另一端接運算放大器A,的 同相輸入端，A,的反相輸入端與輸出端相連，A,輸出信號經(jīng)過運算放大器A2和A:，的兩級放 大后，與功率驅(qū)動器A4的同相輸入端相連，A4的反相端與輸出端相連；輔助線圈N2的同名 端接功率驅(qū)動器A4的輸出端，另一端接控制電路的地。本發(fā)明的特點及效果:本發(fā)明適用于電動汽車采用大線徑功率電纜的場合，由于輔助線圈的作用，當(dāng)功率電 纜穿過磁芯時，得到了較大的阻抗，對共模電流具有較大的抑制作用。該共模電流抑制裝 置與電動汽車的電氣系統(tǒng)之間沒有電氣連接，具有使用安全的特點。同時，該共模電流抑 制裝置不需要電纜在磁芯上的多圈纏繞，電纜直接穿過磁芯，具有安裝位置靈活的特點， 不破壞電動汽車的布線方式，與電動汽車底盤沒有電氣連接。另外，該裝置還具有結(jié)構(gòu)簡 單、外形尺寸小、重量輕等特點。


圖1為本發(fā)明的用于電動汽車的共模電流抑制裝置的電路結(jié)構(gòu)原理圖。圖2為本用本發(fā)明時的電動汽車共模電流的時域波形圖。圖3為應(yīng)用本發(fā)明后的電動汽車共模電流的時域波形圖。圖4為應(yīng)用本發(fā)明前后的電動汽車共模電流頻譜特性的比較。
具體實施方式
參照附圖，將進(jìn)一步敘述本發(fā)明的具體內(nèi)容及實施例。本發(fā)明提出的電動汽車用的共模電流抑制裝置的組成結(jié)構(gòu)如圖l所示，包括同時套于 兩根功率電纜L,、 U的兩個高頻磁芯TR,、 TR2;分別纏繞在該兩個高頻磁芯上的輔助線圈 N、N2;由級聯(lián)的三個運算放大器和一個功率驅(qū)動器構(gòu)成的控制電路。正負(fù)兩根功率電纜 L、 L2同時穿過兩個磁芯TRi和TR2，該輔助線圈N,的纏繞方向與電纜穿過磁芯TR,的方向 相同；輔助線圈N2的纏繞方向與電纜穿過磁芯TR2的方向相反，以電纜穿入磁芯的起始點 為同名端；在磁芯TR,上纏繞輔助線圈N,， N的同名端接控制電路的地，另一端接運算放 大器A,的同相輸入端，A,的反相輸入端與輸出端相連，A,輸出信號經(jīng)過運算放大器A2和A:, 的兩級放大后，與功率驅(qū)動器A4的同相輸入端相連，A4的反相端與輸出端相連。在磁芯TRa 上繞制輔助線圈N2，其同名端接功率驅(qū)動器A4的輸出端，另一端接控制電路的地。本發(fā)明還包括連接在A,輸出端與A2的反相輸入端之間的電阻R,，連接在A2輸出端與 A3的反相輸入端之間的電阻R4，連接在A2的反相輸入端與輸出端之間的電阻R2，以及連接 在A3的反相輸入端與輸出端之間的電阻R5。本發(fā)明中運算放大器A接成同相跟隨器的電路形式，運算放大器&和A:,接成反相放大 的電路形式；運算放大器Ai的輸入端接附加線圈N,的輸出端，運算放大器A,的輸出經(jīng)過運 算放大器A2和A3的兩級放大。運算放大器A,、 A2和A3采用帶寬不低于50MHz的高頻運算放 大器；所述功率驅(qū)動器A4接成同相跟隨器的電路形式，該功率驅(qū)動器A,的帶寬不低于 50MHz。上述輔助線圈N,在磁芯T&上纏繞4-8匝；所述輔助線圈N2在磁芯TR2上纏繞1-3匝。 本發(fā)明裝置與電動汽車底盤沒有電氣連接。本發(fā)明的工作原理當(dāng)電纜流過共模電流I(,時，電纜在磁芯TR1兩端的電壓降為U,H， 阻抗Z可以表示為Z = /0對磁芯TR1而言，電纜是原邊線圈，輔助線圈N1是副邊線圈，副邊輸出電壓U,:經(jīng)過運算放大器Al、 A2和A3的作用和A4的功率放大，輔助線圈N2的輸入電壓U:,為2 W, & 1對磁芯TR2而言，輔助線圈N2是原邊線圈，電纜是副邊線圈，電纜在磁芯TR2兩端的 電壓降為U'2:02& R4 W2 。' 電纜穿過磁芯TR1和TR2時產(chǎn)生的阻抗.z因此，與電纜穿過一個磁芯相比，在本裝置的作用下，阻抗增加了4^^.~立 仏1口°該裝置各組成部分的實施例分別說明如下功率電纜L,和"的導(dǎo)電面積均為35mm2,電纜外徑14mm。磁芯TR,和TR2采用北京七星 飛行電子有限公司的鎳鋅合金環(huán)形磁芯NXO-IOO，磁芯內(nèi)徑38mm、外徑50mra，輔助線圈 N,采用導(dǎo)電截面為0.5咖2的細(xì)導(dǎo)線，在磁芯TR,上纏繞6匝，運算放大器A、A2和A3采用 美國TI公司的高速運放THS4011、頻率帶寬為100MHz。圖中各電阻取值為R尸lkQ、Rf2kQ、 R產(chǎn)680Q、 R4=lkQ、 R5=2kQ、 R6=680Q，輔助線圈的輸出電壓U,經(jīng)過運放A,、夂和^的作用 后電壓被放大到4倍。由于運放A3的輸出電流較小、只有O. 1A，因此，在運放&后串接了功率驅(qū)動器A4，采用美國TI公司的高速功率型運放THS6011、頻率帶寬120MHz、最大 輸出電流能力為0.5A。功率驅(qū)動器A4的輸出電壓U2接磁芯TR2的輔助線圈N2，輔助線圈N2 采用導(dǎo)電截面為0.5mm2的細(xì)導(dǎo)線，在磁芯TR2上纏繞2匝。根據(jù)上述結(jié)果，阻抗放大了 12倍，對共模電流起到了很好的抑制作用。當(dāng)不采取共模 電流抑制措施時，測得的共模電流時域波形如圖2所示，電流峰值達(dá)到1A左右。當(dāng)采取 共模電流抑制措施時，測得的共模電流時域波形如圖3所示，電流峰值只有0.15A左右。 說明了本發(fā)明裝置抑制共模電流的有效性。進(jìn)一步比較采用共模電流抑制裝置前后的共模 電流頻譜分布如圖4所示，其中，曲線l為采用本裝置前的共模電流頻譜分布曲線，曲線 2為采用本裝置后的共模電流頻譜分布曲線；可以看出在0-30MHz頻率范圍內(nèi)，共模電流 各頻率分量降低了 20dB以上。
權(quán)利要求
1、一種電動汽車用的共模電流抑制裝置，其特征在于，該裝置包括同時套于兩根功率電纜的兩個高頻磁芯TR1、TR2；分別纏繞在該兩個高頻磁芯上的輔助線圈N1、N2；由級聯(lián)的三個運算放大器和一個功率驅(qū)動器構(gòu)成的控制電路，輔助線圈N1的纏繞方向與電纜穿過磁芯TR1的方向相同；輔助線圈N2的纏繞方向與電纜穿過磁芯TR2的方向相反，以電纜穿入磁芯的起始點為同名端；N1的同名端接控制電路的地，另一端接運算放大器A1的同相輸入端，A1的反相輸入端與輸出端相連，A1輸出信號經(jīng)過運算放大器A2和A3的兩級放大后，與功率驅(qū)動器A4的同相輸入端相連，A4的反相端與輸出端相連；輔助線圈N2的同名端接功率驅(qū)動器A4的輸出端，另一端接控制電路的地。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的共模電流抑制裝置，其特征在于，所述磁芯TR,和TI^采用 鎳鋅合金環(huán)形磁芯。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的共模電流抑制裝置，其特征在于，運算放大器A,接成同相 跟隨器的電路形式，運算放大器A2和A3接成反相放大的電路形式；運算放大器A1的輸入 端接附加線圈N,的輸出端，運算放大器A,的輸出經(jīng)過運算放大器A2和A:,的兩級放大。運 算放大器A^ A2和A:,采用帶寬不低于50MHz的高頻運算放大器；所述功率驅(qū)動器^接成同 相跟隨器的電路形式，該功樣驅(qū)動器A4的帶寬不低于50MHz。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的共模電流抑制裝置，其特征在于，所述輔助線圈N,在磁芯 T&上纏繞4-8匝；所述輔助線圈N2在磁芯TR2上纏繞1-3匝。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電動汽車用的共模電流抑制裝置，屬于電動汽車技術(shù)領(lǐng)域。同時套于兩根功率電纜的兩個高頻磁芯TR₁、TR₂及其輔助線圈N₁、N₂；由級聯(lián)的三個運算放大器和一個功率驅(qū)動器構(gòu)成的控制電路，N₁的纏繞方向與電纜穿過磁芯TR₁的方向相同；N₂的纏繞方向與電纜穿過磁芯TR₂的方向相反；N₁的同名端接控制電路的地，另一端接運算放大器A₁的同相輸入端，A₁的反相輸入端與輸出端相連，A₁輸出信號經(jīng)過運算放大器A₂和A₃的兩級放大后，與功率驅(qū)動器A₄的同相輸入端相連，A₄的反相端與輸出端相連；N₂其同名端接功率驅(qū)動器A₄的輸出端，另一端接控制電路的地。本裝置對共模電流具有很好的抑制作用。
文檔編號H01F27/34GK101325365SQ20081010368
公開日2008年12月17日 申請日期2008年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月10日
發(fā)明者斌 仇, 陳伏虎, 陳全世, 勇 黃 申請人:清華大學(xué)