C f LC= 12 μ F
[0186] 插入LC型濾波器的電機驅動系統(tǒng)電壓轉移函數(shù)曲線如圖12中黑色實線所示。
[0187] 通過非線性擬合得到CLC型濾波器元件參數(shù)值為：
[0188] Cf CLCJ= 2. 7 μ F, L f CLC= 42 μ H, C f CLc_i= 28nF
[0189] 插入CLC型濾波器的電機驅動系統(tǒng)電壓轉移函數(shù)曲線如圖13中黑色實線所示。
[0190] (8)對比步驟（7)得到的不同濾波器的元件值，三種濾波器所需的電容均達到若 干微法，實現(xiàn)時需要多只電容并聯(lián)。所采用的電容值越小，實現(xiàn)起來越方便，因此，在本實例 中，選擇CL濾波器作為直流側濾波器。
[0191] (9)根據(jù)設計結果在電機驅動系統(tǒng)中插入設計得到的濾波器6,再次測試電機驅 動系統(tǒng)傳導干擾，測試電路布置如圖14所示。插入濾波器6后，電機驅動系統(tǒng)干擾頻譜與 未插入濾波器6時的電機驅動系統(tǒng)干擾頻譜及電磁兼容標準規(guī)定的極限值對比，如圖15所 示。加入濾波器6后，電機驅動系統(tǒng)干擾被抑制到標準規(guī)定的極限值以下，濾波器達到了設 計效果。
【主權項】
1. 一種電機驅動系統(tǒng)共模電磁干擾濾波器的設計方法，其特征在于，所述的設計方法 基于轉移函數(shù)設計共模濾波器，在濾波器拓撲選擇和參數(shù)設計上定量考慮共模干擾源的特 性、干擾傳輸路徑阻抗特性和敏感設備阻抗特性，首先確定不同濾波器拓撲的目標電壓轉 移函數(shù)，再采用非線性最小二乘法設計濾波元件值并選擇濾波器拓撲結構；具體步驟為： (1) 通過計算、仿真或測量得到主要測試設備線路阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡的阻抗特性和電機驅 動系統(tǒng)部件的阻抗特性： 對于由線性時不變無源器件構成的、能夠用集總電路表示的電機驅動系統(tǒng)部件和電磁 兼容測試設備，根據(jù)其電路結構，應用電路理論計算得到阻抗特性，或通過計算機電路仿真 軟件仿真得到其阻抗特性；對于不滿足上述條件的電機驅動系統(tǒng)部件或電磁兼容測試設 備，通過阻抗測量設備測量得到其阻抗特性； (2) 任取共模電磁干擾濾波器的元件參數(shù)，通過仿真得到電機驅動系統(tǒng)插入不同拓撲 的所述濾波器時，從干擾源到電磁兼容測量裝置的干擾電壓轉移曲線； (3) 根據(jù)步驟⑵得到的干擾電壓轉移曲線仏。，寫出以復頻率為自變量的包含待定參 數(shù)的電壓轉移函數(shù)表達式： 所述電壓轉移函數(shù)表達式的通式為：式中，s為復頻率，fAini和f Αιη分別為該式分子的第m個和第η個待定轉折頻率，f Bi i和 分別為該式分母的第i個和第j個待定轉折頻率，1為復頻率s的指數(shù)，M、N、I、J分別 為m、n、i、j的最大值，pA, m、pA,n、pBii、ρΒ」為待定常數(shù)； 確定以復頻率s為自變量的，包含待定參數(shù)的電壓轉移函數(shù)表達式的方法為： 將步驟（2)得到的干擾電壓轉移曲線繪制在正交坐標系上，其中縱坐標為Hd。，橫坐標 為頻率，縱坐標為線性坐標，橫坐標為對數(shù)坐標。根據(jù)低頻段斜率k確定分子上復頻率s的 指數(shù)1的值：根據(jù)斜率隨頻率的變化，確定式（2)中表示因式數(shù)量的變量I、J、M、N的值，斜率變化 的頻率為轉折頻率。當斜率變小20dB/dec時，I增加1，對應的轉折頻率為fBiI，在步驟（6) 中可以指定其頻率值；當斜率變小40dB/dec時，J增加1，對應的轉折頻率為f Bi;，或I增加 2,對應2個相等的轉折頻率，分別為fBiI JP fBiI，在步驟(6)中可以指定轉折頻率值；當斜 率變小20Q/dec時，I增加 a，J增加 β，Q、α、β均為正整數(shù)或〇,并滿足下式： 20Q = 20 α +40 β (5) 對應的轉折頻率為fBiI，fBiI P…，fBiI α+1，及fB」，fB」P…，fB」e+1，在步驟（6)中指 定這些轉折頻率值.當斜率增大20dB/dec時，M增加1，對應的轉折頻率為fAiM，在步驟（6) 中指定其頻率值；當斜率增大40dB/dec時，N增加1，對應的轉折頻率為f AiN，或M增加2,對 應2個相等的轉折頻率，分別記為fAiM JP f ΑιΜ，在步驟(6)中指定這些轉折頻率值；當斜率 增大20P/dec時，M增加 γ，N增加 δ，Ρ、γ、δ均為正整數(shù)或〇,并滿足下式： 20P = 20 γ +40 δ (6) 對應的轉折頻率為fA,M，fA,M i，…，fA,M γ+1，及fA,N，fA,N i，…，fA」δ+1，在步驟（6)中指 定這些轉折頻率值； (4) 根據(jù)電機驅動系統(tǒng)的電壓等級、開關頻率等參數(shù)計算或仿真得到干擾源頻譜： 所述計算方法為采用二重傅里葉積分，根據(jù)電壓、開關頻率計算出干擾源頻譜； 所述仿真方法為根據(jù)電機驅動系統(tǒng)電壓、開關頻率，在計算機仿真軟件中建立仿真電 路，仿真得到干擾源波形，再經(jīng)快速傅里葉變換得到干擾源頻譜； (5) 將干擾源頻譜與電磁兼容標準規(guī)定的干擾極限值對比，確定干擾源頻譜與極限值 的差值，只有當實際電機驅動系統(tǒng)從干擾源到干擾檢測設備的電壓轉移增益低于上述差 值，電機驅動系統(tǒng)才能夠通過電磁兼容測試。因此將上述隨頻率變化的差值稱為電壓轉移 增益上限； (6) 依據(jù)步驟（5)中得到的電壓轉移增益上限和步驟（3)中得到的不同拓撲濾波器的 電壓轉移函數(shù)表達式，分別確定采用各濾波器時，電機驅動系統(tǒng)通過電磁兼容測試時的電 機驅動系統(tǒng)電壓轉移函數(shù)中的待定參數(shù)，得到僅包含復頻率自變量一個未知數(shù)的表達式， 此表達式稱為目標電壓轉移函數(shù)； (7) 通過二端口網(wǎng)絡的傳輸參數(shù)矩陣表示濾波器拓撲結構，將該傳輸參數(shù)矩陣與步驟 (1)中得到的阻抗特性，根據(jù)電路理論計算，得到以頻率為自變量，濾波器元件值為待定系 數(shù)的電機驅動系統(tǒng)電壓轉移函數(shù)，此電壓轉移函數(shù)稱為設計電壓轉移函數(shù)；通過非線性最 小二乘法，由設計電壓轉移函數(shù)擬合步驟(6)中確定的目標電壓轉移函數(shù)；根據(jù)擬合得到 的設計電壓轉移函數(shù)表達式中待定系數(shù)的值，計算出濾波器元件值； (8) 對比步驟（7)得到的不同濾波器的元件值，根據(jù)其可實現(xiàn)和可操作性，確定電機驅 動系統(tǒng)最終采用的濾波器結構和元件參數(shù)； 所述可實現(xiàn)性和可操作性依賴于電機驅動系統(tǒng)設計的約束條件對濾波元件取值范圍 的限制，當步驟（7)中得到的濾波元件值滿足所述限制時，則代表其可實現(xiàn)，可采用該種濾 波器拓撲和元件參數(shù)，反之，不可實現(xiàn)。2. 按照權利要求1所述的電機驅動系統(tǒng)共模電磁干擾濾波器的設計方法，其特征在 于，所述步驟（2)中，針對待選擇的不同拓撲的共模電磁干擾濾波器，在計算機電路仿真軟 件中分別設置各濾波器的仿真模型，并根據(jù)待設計濾波器與電機驅動系統(tǒng)及線路阻抗穩(wěn)定 網(wǎng)絡的電路連接關系，在仿真軟件中將濾波器分別與干擾源及所述電機驅動系統(tǒng)連接，通 過仿真軟件提供的交流分析功能，得到從干擾源電壓到電磁干擾接收機檢測到的共模電壓 的電壓轉移函數(shù)；3. 按照權利要求2所述的電機驅動系統(tǒng)共模電磁干擾濾波器的設計方法，其特征在 于，所述干擾電壓轉移曲線是指電磁干擾接收機檢測到的共模電壓V emi與干擾源電壓V CM比 值對數(shù)化后的結果，記為Hd。，如下式所示：其中，f是頻率，201g(·)為20倍的以10為底的對數(shù)。4. 按照權利要求2所述的電機驅動系統(tǒng)共模電磁干擾濾波器的設計方法，其特征在 于，所述步驟（7)中，所述的二端口網(wǎng)絡表示將濾波器視為一個二端口網(wǎng)絡，根據(jù)電路理 論，寫出濾波器的傳輸參數(shù)矩陣；采用二端口網(wǎng)絡表示濾波器后，濾波器設計問題即為一個 雙邊帶載二端口網(wǎng)絡的設計問題；電機驅動系統(tǒng)中，干擾源與電機共模阻抗串聯(lián)后連接在 二端口網(wǎng)絡的端口一上，線路阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡的共模阻抗連接在端口二上；根據(jù)電路理論，從 共模干擾電壓源V qi到電磁干擾接收機檢測到的共模電壓V EMI的電壓轉移函數(shù)用二端口網(wǎng) 絡的傳輸參數(shù)表不為：其中，Zni為電機共模阻抗，Z USN線路阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡的共模阻抗，Z USN1為線路阻抗穩(wěn)定網(wǎng) 絡內部與被測設備并聯(lián)的支路的阻抗，&^為該支路中采樣電阻的阻值，Zemi為電磁干擾接 收機的輸入阻抗，A d。、Bd。、Cd。、Dd。為轉移參數(shù)矩陣的元素。
【專利摘要】一種電機驅動系統(tǒng)共模電磁干擾濾波器的設計方法，基于轉移函數(shù)設計共模濾波器，在濾波器拓撲選擇和參數(shù)設計上定量考慮共模干擾源、干擾傳輸路徑和敏感設備阻抗，首先根據(jù)電壓源頻譜和電磁兼容標準規(guī)定的干擾極限值，確定不同濾波器拓撲的目標電壓轉移函數(shù)；再由非線性最小二乘法確定使濾波器設計轉移函數(shù)與目標轉移函數(shù)偏差最小的濾波元件值；根據(jù)可實現(xiàn)和可操作性，確定電機驅動系統(tǒng)最終采用濾波器結構和元件。
【IPC分類】G06F17/50
【公開號】CN105354397
【申請?zhí)枴緾N201510895429
【發(fā)明人】張棟, 寧圃奇, 溫旭輝
【申請人】中國科學院電工研究所
【公開日】2016年2月24日
【申請日】2015年12月8日