燃料電池車用大功率DC/DC變換器電磁兼容性研究

　　引言

　　目前，燃料電池電動(dòng)汽車(FCEV)成為我國(guó)汽車科技創(chuàng)新主攻方向。燃料電池電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)主要由燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)，DC/DC變換器，蓄電池，電機(jī)控制器(變頻器)及電機(jī)，整車控制器，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及CAN總線組成，如圖1所示。其中DC/DC變換器可以對(duì)燃料電池的輸出進(jìn)行控制及能量的傳遞與轉(zhuǎn)換，成為燃料電池電動(dòng)汽車關(guān)鍵零部件之一。在燃料電池電動(dòng)汽車運(yùn)行過程中，DC/DC變換器所處的電磁環(huán)境十分復(fù)雜，各種形式的電磁干擾很多，嚴(yán)重影響了DC/DC變換器的正常運(yùn)行。因此，研究FCEV用DC/DC變換器的電磁兼容性對(duì)DC/DC變換器乃至燃料電池電動(dòng)汽車的可靠運(yùn)行具有重要意義。

　　大功率DC/DC變換器主要干擾源及電磁兼容設(shè)計(jì)

　　FCEV用DC/DC變換器是大功率變換裝置，其電磁兼容性在整個(gè)FCEV電磁環(huán)境中具有重要影響。FCEV用DC/DC變換器工作時(shí)對(duì)外界產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁干擾，不僅對(duì)整個(gè)FCEV系統(tǒng)造成干擾，而且也會(huì)影響DC/DC變換器自身控制系統(tǒng)的正常工作。因此為了提高整個(gè)FCEV系統(tǒng)性能，必須對(duì)FCEV用DC/DC變換器的電磁兼容性進(jìn)行研究，對(duì)其產(chǎn)生的電磁干擾(EMI)進(jìn)行有效的抑制。

　　大功率DC/DC變換器主要干擾源

　　FCEV用DC/DC變換器的功率一般比較大，通常選擇IGBT為功率開關(guān)管。功率開關(guān)管IGBT工作過程中產(chǎn)生高的du/dt和di/dt以及浪涌電流和尖峰電壓[1]，這是FCEV用大功率DC/DC變換器產(chǎn)生電磁干擾最根本的原因。另外功率開關(guān)管開通和關(guān)斷瞬間，由于分布電感和分布電容的存在，電感電流容易發(fā)生高頻振蕩，這些因素都會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁干擾，這在FCEV用大功率DC/DC變換器中表現(xiàn)的尤為明顯。這種電磁干擾嚴(yán)重影響整車控制器與CAN通信，導(dǎo)致CAN通訊頻繁報(bào)錯(cuò)，無法正常通訊。CAN通訊受干擾后的傳輸波形如圖2(a)所示。從圖中可以明顯看到，變換器開關(guān)噪音疊加在CAN通訊脈沖上，并且幅度很大。此外，嚴(yán)重的電磁干擾也會(huì)使大功率DC/DC變換器輸出紋波過大，紋波過大直接影響大功率DC/DC變換器的性能[2]。圖2(b)是用示波器采集到的變換器未經(jīng)濾波處理的輸出電壓波形，從圖中可以看到，輸出電壓上疊加了大量的開關(guān)噪音。