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燃料电池车用大功率DC/DC变换器电磁兼容

2010-06-302080王雪华 张伟 杜青 齐铂金电子产品世界

  ● 切断电磁干扰传输途径

  FCEV用大功率DC/DC变换器产生的电磁干扰以传导干扰为主。目前最常用的方法就是在DC/DC变换器输入和输出端加装滤波电容器。如图3,为了减小FCEV用大功率DC/DC变换器对CAN通讯的干扰,在变换器输入输出端加适量的接地电容,CAN通讯波形得到有效改善。

  在FCEV用大功率DC/DC变换器中,输出电压或电流纹波是电源的重要指标。图4在大功率DC/DC变换器的输出端连接CLC滤波器后,变换器输出电压波形平稳,开关噪音减小,滤波效果十分明显。

  此外,在FCEV用大功率DC /DC变换器中开关管IGBT以十几千赫的频率开通和关断,电路中可能产生高次谐波电流,影响燃料电池的输出电压。因此DC/DC变换器输入和输出端通常并联电容(电解电容与无感电容并联)。无感电容可以滤除线路中由于谐振而产生的高频辐射干扰,而电解电容用来稳定燃料电池输出电压及降低辐射强度,同时减小DC/DC变换器输出电压纹波[5,6]。

● 敏感元器件合理布局

  FCEV用大功率DC/DC变换器中包含很多敏感元器件(比如电流霍尔传感器),这些敏感元器件对电磁干扰非常敏感。在FCEV用大功率DC/DC变换器主电路实际布局中,通常将敏感元器件布局在离功率开关管IGBT、续流二极管和高频变压器尽量远的地方、同时将信号线绞合并缩短布线距离,这样可以大大降低电流信号的噪音,提高系统的控制性能。同时,在FCEV用大功率DC/DC变换器布线方面,也要尽量将敏感信号线路远离功率开关管IGBT、续流二极管和高频变压器等强干扰源。同时,不能与高压交流信号和高频脉冲信号放置在一起,应保证适当的距离。

  ● 屏蔽和信号接地设计

  在燃料电池电动汽车中,大功率DC /DC变换器和其他控制电路、电机控制器等设备安置在一起,相互之间要辐射电磁能量,通常采用外壳屏蔽和缝隙屏蔽结合的屏蔽方式来抑制辐射干扰[7]。此外,信号接地[8]也可以消除外界或其他设备对FCEV用大功率DC/DC变换器的干扰,其关键是选择恰当的电路公共参考点以及接地线路的合理布局。

  大功率DC/DC变换器控制电路板抗干扰设计

  控制电路是大功率DC/DC变换器很重要的组成部分之一,良好的电路板设计可以大大提高电路板的抗干扰性。         大功率DC/DC变换器控制电路主要由电源模块、采样信号、通讯信号以及驱动模块组成,为防止相互间信号干扰,在设计电路的时候将其隔离,如图5所示。

  在FCEV用大功率DC/DC变换器控制电路中,电源模块通常采用的是隔离型DC/DC模块,实现了电源输入端和输出端的电气隔离。采样信号隔离包括电流采样隔离和电压采样隔离。通讯信号隔离采用光电耦合器HCPL0600来实现了CAN总线输入输出信号的光电隔离。FCEV用DC/DC变换器输出功率较大,所以选用IGBT为功率开关管,而IGBT不同规格对应不同的驱动隔离方法。一般小功率IGBT采用TLP250驱动隔离,中等功率IGBT驱动多采用EXB841/840系列驱动隔离模块,而大功率或超大功率IGBT可采用2SD315A模块来实现驱动隔离。实践证明,将各个功能模块隔离,可以大大降低控制电路各个模块之间的相互干扰,保证了信号传递的可靠性及信号处理的准确性。

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